Физика для углубленного изучения. 2. Электродинамика. Оптика
Физика для углубленного изучения. 2. Электродинамика. Оптика
ОглавлениеВведениеI. ЭЛЕКТРОСТАТИКА § 1. Электрический заряд. Закон Кулона § 2. Электрическое поле. Напряженность поля § 3. Теорема Гаусса § 4. Потенциал электростатического поля. Энергия системы зарядов § 5. Расчет электрических полей § 6. Проводники в электрическом поле § 7. Силы в электростатическом поле § 8. Конденсаторы. Электроемкость § 9. Энергия электрического поля II. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 10. Характеристики электрического тока. Закон Ома § 11. Соединение проводников в электрические цепи § 12. Закон Ома для неоднородной цепи § 14. Работа и мощность постоянного тока § 15. Магнитное поле постоянного тока § 16. Действие магнитного поля на движущиеся заряды III. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ § 17. Явление электромагнитной индукции § 18. Электрические машины постоянного тока § 19. Энергия магнитного поля § 20.  Основы теории электромагнитного поля§ 21. Квазистационарные явления в электрических цепях IV. ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 22. Цепи переменного тока. Закон Ома § 23. Работа и мощность переменного тока. Передача электроэнергии V. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ § 25. Колебательный контур § 26. Вынужденные колебания в контуре. Резонанс § 27. Незатухающие электромагнитные колебания § 28. Электромагнитные волны § 29. Свойства и применения электромагнитных волн VI. ОПТИКА § 30. Свет как электромагнитные волны. Интерференция § 31. Дифракция света § 32. Спектральные приборы. Дифракционная решетка § 33. Протяженные источники света § 34. Интерференция немонохроматического света § 35. Физические принципы голографии § 36. Геометрическая оптика § 37. Оптические приборы, формирующие изображение |
Калькулятор мощности постоянного тока • Электрические, радиочастотные и электронные калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Определения и формулы
Электрический заряд
Электрический ток
Электрическое напряжение
Электрическое сопротивление
Электрическая мощность Цепь постоянного тока
Электрическая мощность
Этот калькулятор используется для расчета мощности постоянного тока и все, что здесь сказано, относится в основном к постоянному току.
Обратите внимание, что аббревиатура постоянного тока обычно означает «прямой», а словосочетание «постоянный ток» не является тавтологией. Для гораздо более сложного случая расчета мощности переменного тока используйте наш Калькулятор мощности переменного тока и Калькулятор ВА в Вт 9.0003
Электрический заряд
Линия электропередачи является примером устройства для передачи энергии от места, где она вырабатывается, к местам, где она потребляется
Электрический заряд или количество заряда является физической скалярной величиной, определяющей способность тел создавать электромагнитные поля и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Электрический заряд заставляет тело испытывать силу, когда оно находится в электромагнитном поле. Разноименные заряды притягиваются, а заряды одного знака отталкиваются.
В системе СИ единицей измерения электрического заряда является кулон, равный электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника, по которому течет ток в один ампер за одну секунду.
Хотя мы можем наблюдать перенос зарядов в любой электрической цепи, количество зарядов не меняется, потому что электроны не создаются и не уничтожаются. Электрический заряд в движении представляет собой ток, который обсуждается ниже. Перемещая заряд из одного места в другое, мы можем передавать электрическую энергию.
Дополнительная информация об электрическом заряде, линейной плотности заряда, поверхностной плотности заряда и объемной плотности заряда и их единицах измерения.
Электрический ток
Электрический ток представляет собой скорость потока заряженных частиц или носителей заряда (электронов, ионов или электронных дырок) через участок проводника, который может быть металлическим (например, проволокой), электролитом ( например, нейрон) или полупроводник (например, транзистор). В частности, это скорость потока электронов в цепи, как показано на рисунке выше.
Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер или ампер (символ А), представляющий собой поток заряженных частиц со скоростью один кулон в секунду.
Условное обозначение электрического тока — I . Его происхождение происходит от французской фразы intensité du courant (интенсивность тока).
Электрический ток может течь в любом направлении — от отрицательного к положительному выводу электрической цепи и наоборот в зависимости от типа заряженных частиц. Положительные частицы (положительные ионы в электролитах и электронные дырки в полупроводниках) текут от положительного вывода к отрицательному, и это направление потока положительных частиц условно определяется как направление обычного электрического тока. Его также можно рассматривать как направление потока от высокого потенциала к низкому потенциалу, от высокой энергии к низкой энергии. Это определение направления тока является историческим и стало широко использоваться до того, как стало понятно, что ток в проводах на самом деле возникает из-за движения отрицательного заряда.
Мы также можем удобно использовать это традиционное направление тока для объяснения электрических процессов, используя аналогию с гидравликой (или водопроводом).
Мы понимаем, что вода течет из точки с высоким давлением в точку с низким давлением. Между двумя точками с одинаковым напором не будет потока воды. Электрический ток ведет себя почти точно так же: в цепи он течет между точкой с более высоким электрическим потенциалом (плюсовая клемма) в точку с более низким электрическим потенциалом (минусовая клемма).
Труба ведет себя как проводник, а вода ведет себя как электрический ток. Давление в трубе подобно электрическому потенциалу. Мы также можем сравнить основные элементы схемы с их гидравлическими аналогами: резистор эквивалентен сужению (например, засорению волос) в трубе, конденсатор эквивалентен гибкой диафрагме, запаянной внутри трубы, индуктор можно сравнить с тяжелую турбину помещают в поток воды, а диод можно сравнить с шаровым обратным клапаном, пропускающим жидкость только в одном направлении.
В системе СИ электрический ток измеряется в амперах (А), названных в честь французского физика Андре-Мари Ампера. Этот блок часто неофициально и неофициально называют усилителем.
Ампер — одна из семи основных единиц СИ. В мае 2019 года вступило в силу новое определение ампера через фундаментальные константы. Ампер также можно определить как один кулон заряда, проходящий через заданную точку в секунду.
Дополнительную информацию об электрическом токе можно найти в наших конвертерах электрического тока и линейных преобразователях плотности тока.
Скорость, с которой передается плата, может варьироваться, и, следовательно, информация может передаваться или передаваться. На этом принципе основаны все системы связи, такие как радио (разумеется, включая смартфоны) и телевидение.
Электрическое напряжение
Электрическое напряжение или разность электрических потенциалов в статическом электрическом поле — это мера работы, необходимой для перемещения заряда между двумя выводами компонента. Компонентом может быть любой электрический элемент, такой как лампочка, резистор, катушка или конденсатор. Между двумя клеммами может существовать напряжение независимо от того, протекает между ними ток или нет.
Например, 9Батарея V имеет напряжение на своих клеммах, даже если к ним ничего не подключено и между ними не протекает ток.
Единицей напряжения в СИ является вольт, который равен одному джоулю работы на 1 кулон заряда. Вольт назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта.
В Северной Америке общепринятым обозначением электрического напряжения является В , что так же неудобно, как использование футов и дюймов. Рассмотрим, например, что звучит разумнее: В = 5 В или U = 5 В? Во многих других странах, например, в немецких, французских или российских учебниках физики в основном используется буква U , потому что она более удобна. Одно из объяснений использования U заключается в том, что в немецком языке разница составляет Unterschied (напряжение — это разность потенциалов).
Мы знаем, что энергия, которая использовалась для перемещения заряда через компонент цепи, не может исчезнуть и должна появиться где-то еще в любой форме.
Это называется принципом сохранения энергии.
Например, если этим компонентом был конденсатор или перезаряжаемая батарея, энергия будет сохранена в виде электрической энергии, доступной для использования. Если компонентом был, например, нагревательный элемент в печи, электрическая энергия превращалась в тепло. В громкоговорителе электрическая энергия превращается в акустическую (механическую) энергию и тепло. Почти вся энергия, потребляемая компьютером, преобразуется в тепло, которое обогревает помещение, в котором установлен этот компьютер.
Теперь рассмотрим электрический компонент в виде автомобильного аккумулятора, подключенного к автомобильному генератору для зарядки. В этом случае энергия подводится на компонент . Если, с другой стороны, двигатель автомобиля не работает, а его акустическое оборудование работает, энергия подается самим компонентом (аккумулятором). Если на одну из двух клемм батареи поступает ток и внешний источник (генератор переменного тока) должен затратить энергию для обеспечения этого тока, то эта клемма называется положительной по отношению к другой клемме батареи, которая называется отрицательной.
Обратите внимание, что эти знаки «плюс» и «минус» являются всего лишь соглашением, которое позволяет нам указывать напряжение на двух клеммах.
Дополнительная информация об электрическом потенциале и напряжении.
USB-тестер типа C, подключенный к зарядному устройству и смартфону (см. пример 2 выше)
Рисунок относится к примеру 2 выше, в котором USB-тестер типа C, подключенный к зарядному устройству USB (слева), измеряет ток смартфона потребление, напряжение зарядки, обеспечиваемое этим портом, и вычисляет мощность, потребляемую смартфоном, подключенным к правому USB-порту тестера. Красная стрелка на дисплее тестера показывает направление тока. Другими словами, на дисплее тестера видно, что нагрузка (смартфон) подключена к нужному порту и идет зарядка нагрузки. Учтите, что если вместо зарядного устройства мы подключим в левый порт какое-нибудь USB-устройство, например флешку, то этот тестер покажет обратное направление протекания тока и ток, потребляемый флешкой.
Электрическое сопротивление
Электрическое сопротивление — физическая величина, мера свойства объекта препятствовать прохождению электрического тока. Она равна отношению напряжения на объекте к току, протекающему через него:
Эта формула называется законом Ома. Для многих проводящих материалов значение R постоянно, поэтому значения U и I прямо пропорциональны. Сопротивление любого материала определяется по существу двумя свойствами: самим материалом и его геометрией. Например, электроны могут свободно и легко течь через золотую или серебряную проволоку, но не так легко через стальную проволоку; они не могут течь через изоляторы любой формы. Конечно, на сопротивление могут влиять и другие факторы, но в гораздо меньшей степени. Например, температура, чистота материала провода, деформация проводника (используется в тензодатчиках), его световая освещенность (используется в фоторезисторах).
Дополнительная информация об электрическом сопротивлении, проводимости, электропроводности и удельном сопротивлении.
Электроэнергия
В физике мощность — это скалярная величина, равная скорости изменения, передачи или потребления энергии в физической системе. В электромагнетизме электрическая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи, преобразования или потребления электрической энергии в электрической цепи. Единицей измерения электрической мощности в системе СИ является ватт (обозначение Вт), который определяется как 1 джоуль в секунду. Скорость передачи электрической энергии составляет один ватт, если один джоуль энергии затрачивается на передачу одного кулона заряда по цепи за одну секунду.
Дополнительную информацию о мощности можно найти в нашем конвертере единиц мощности.
Расчет электрической мощности в цепи постоянного тока
Мощность, необходимая для передачи определенного числа кулонов в секунду (то есть тока I в амперах) через элемент цепи с разностью потенциалов U , пропорциональна как тока и напряжения. То есть
Правая часть этого уравнения представляет собой произведение джоулей на кулон (напряжение в вольтах) и кулонов на секунду (ток в амперах), что дает ожидаемую размерность джоулей в секунду.
Это уравнение определяет мощность, поглощаемую компонентом схемы, с точки зрения напряжения на его клеммах и тока, протекающего через него. Это уравнение вместе с уравнением закона Ома используется в данном калькуляторе.
Настольный источник питания постоянного тока, показывающий ток, протекающий через нагрузку, и напряжение на клеммах нагрузки
Эта статья была написана Анатолием Золотковым
Расчет частоты постоянного тока
Однонаправленный поток электрического заряда известен как постоянный ток (ОКРУГ КОЛУМБИЯ). Наиболее важным примером постоянного тока является электрохимическая ячейка. Постоянный ток может протекать по проводникам, в основном по проводам. Единственная разница между постоянным и переменным током (AC) заключается в том, что он течет только в одном направлении. Гальванический ток — это термин, используемый для этого тока.
Частота постоянного тока равна нулю (0 Гц). Это происходит из-за потока электрического заряда в одном направлении.
Так как обратное направление невозможно, частота постоянного тока всегда остается равной нулю.
Differences between AC and DC
Features | Direct current | Alternating current | |||
Определение | Это однонаправленный поток электрического заряда. | Это поток тока в обратном направлении, поскольку он постоянно меняет свое направление. | |||
Эффективность | Эффективность очень низкая. | Эффективность выше. | |||
Потребляемая мощность | Потребляет больше энергии. | Потребляет меньше энергии. | |||
Напряжение | Обеспечивает низкое напряжение, поэтому безопасно для любых операций. | Обеспечивает большое напряжение, поэтому очень рискованно и небезопасно для любого типа операций. | |||
Коэффициент мощности | Коэффициент мощности всегда равен 1. | Коэффициент мощности находится в диапазоне от 0 до 1. | Частота | Частота 0 Гц. | Диапазон частот от 50 Гц до 60 Гц. |
Цепь постоянного тока
Электрическая цепь, состоящая из источников постоянного напряжения в любой комбинации, резисторов и источников постоянного тока, называется цепью постоянного тока. Токи и напряжения этой цепи не зависят от времени. Конкретный ток или напряжение в цепи не зависят от предыдущего значения какого-либо тока или напряжения в цепи.
Интегралы или производные по времени не включены в уравнение, которое подразумевает цепь постоянного тока.
Когда в цепь постоянного тока добавляется катушка индуктивности или конденсатор, образующаяся цепь не является цепью постоянного тока. Но это условие имеет решение. Когда цепь находится в устойчивом состоянии постоянного тока, решение дает токи и напряжения в цепях. Дифференциальное уравнение представляет собой такую схему.
Источники постоянного тока
Многие источники постоянного тока очень важны и полезны в нашей повседневной жизни. Некоторые из них перечислены ниже:
Dry cell batteries
Solar cells
Commutators
Chemical cells
Dry cell
D.
C. generatorCar battery
C. generatorHow to calculate the frequency of direct current
Частота постоянного тока равна нулю герц, потому что постоянный ток течет только в одном направлении. Итак, теперь, если мы вычислим, как получается этот ноль, мы будем знать, как вычислить частоту постоянного тока.
Частота = нет. изменений/сек. Следовательно, это количество раз, когда напряжение изменяется. Чистый постоянный ток остается постоянным. Следовательно, количество изменений равно 0 и 0/сек = 0. После этого уравнения мы знаем, как рассчитать частоту постоянного тока. Когда строится график между временем и частотой постоянного тока, результаты выходят в виде прямой линии. Таким образом, частота никогда не меняется. Теперь, когда мы говорим о нечистом постоянном токе и однофазном двухполупериодном выпрямителе, который формирует волну нефильтрованного постоянного тока, то он будет состоять из некоторой частоты в верхних точках.
Таким образом, когда это нефильтрованный постоянный ток, есть вероятность, что частота будет достигать 1,2 Гц.
Использование постоянного тока
Постоянный ток является широко используемым видом электрического тока. Они используются в:
Коммерческие здания и жилые дома: DC используется в домах для низковольтных приложений. Как правило, они питаются от солнечных батарей и аккумуляторов. Эти приложения обычно включают батареи, настенные розетки и выключатели. Но постоянный ток потребляет больше энергии, чем переменный.
Телекоммуникации: Для этого процесса используется оборудование, называемое телефонной станцией, которое использует стандартную мощность -48 В постоянного тока.
Автомобильная промышленность: В автомобильных приложениях максимально используется постоянный ток. Это аккумулятор, который помогает при запуске двигателя и освещении.
Устройство переменного тока, известное как генератор переменного тока для зарядки аккумулятора, вырабатывает постоянный ток с помощью выпрямителя.Высоковольтная передача электроэнергии: Постоянный ток используется в высоковольтной системе передачи электроэнергии постоянного тока. Используя постоянный ток, он осуществляет громоздкие передачи электроэнергии. Система HVDC может быть менее дорогой и может вызывать сбои при передаче электроэнергии на большие расстояния.
Устройство переменного тока, известное как генератор переменного тока для зарядки аккумулятора, вырабатывает постоянный ток с помощью выпрямителя.Заключение
Постоянный ток — это тип тока, который течет в одном направлении. Постоянный ток может течь в цепи, когда цепь замкнута. Но когда цепь разомкнута, ток прекращается. Источник питания требуется для простой схемы, в которой должно быть подано определенное напряжение. Провода также необходимы для соединения компонентов. Цепь контролируется системой размыкания и замыкания. При подаче напряжения в цепь постоянного тока возникает разность потенциалов, которая вызывает протекание тока.
