Мощность электрическая формула: Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс. — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Мощность электрического тока | 8 класс

Содержание

Работа электрического тока в цепи определяется по формулам: $A = Uq$ и $A = UIt$. Но часто, кроме самой работы, нам важна скорость ее выполнения. В механике у нас была такая величина — мощность.

Что называют мощностью? Как рассчитать мощность?

Мощность — это физическая величина, равная отношению работы ко времени, за которое она была совершена. Она определяется по формуле: $N = \frac{A}{t}$.

На данном уроке мы рассмотрим мощность как величину, характеризующую работу именно электрического тока.

Мощность тока и ее связь с напряжением и силой тока

В электричестве мощность обозначается буквой $P$, а не $N$. При этом смысл этой величины остается тем же. Эта величина численно равна работе, которая совершается в единицу времени:
$P = \frac{A}{t}$, где $P$ — мощность электрического тока.

Как рассчитать мощность электрического тока через напряжение и силу тока?

Вы уже знаете, что работа электрического тока определяется по формуле: $A = UIt$. Подставим это выражение в определение мощности:
$P = \frac{A}{t} = \frac{UIt}{t} = UI$.

Мощность электрического тока — это величина, численно равная произведению напряжения на силу тока:
$P = UI$.

{"questions":[{"content":"Если нам известна сила тока в цепи прибора и его мощность, то напряжение мы можем рассчитать по формуле:[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$U = \\frac{P}{I}$","$U = \\frac{N}{I}$","$U = \\frac{I}{P}$","$U = PIt$"],"explanations":["Это следует из определения мощности электрического тока: $P = UI$.","В электричестве мощность тока обозначается буквой $P$, а не $N$.","",""],"answer":[0]}}}]}

Единицы измерения мощности тока

Что принимают за единицу мощности?

Единицей мощности является $1 \space ватт$ ($Вт$).

Из формулы $P = \frac{A}{t}$ мы получим, что $1 \space Вт = 1 \frac{Дж}{с}$.

Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока?

Из формулы $P = UI$ следует:

$1 \space ватт = 1 \space вольт \cdot 1 \space ампер$,
$1 \space Вт = 1 \space В \cdot А$.

{"questions":[{"content":"Выберите правильную единицу измерения для следующего выражения:<br />$3 \\space А \\cdot В = 3 \\space$ [[fill_choice-8]].","widgets":{"fill_choice-8":{"type":"fill_choice","options":["$Вт$","$Дж$","$Н$"],"answer":0}}}]}

Кратные единицы мощности

На практике часто используют кратные единицы мощности для удобства. К ним относятся гектоватт ($гВт$), киловатт ($кВт$) и мегаватт ($МВт$).

$1 \space гВт = 100 \space Вт$,
$1 \space кВт = 1000 \space Вт$,
$1 \space МВт = 1 \space 000 \space 000 \space Вт$.

{"questions":[{"content":"Переведите мощность, выраженную в ваттах в гектоватты:<br />$750 \\space Вт =$[[input-11]] $гВт$.","widgets":{"input-11":{"type":"input","inline":1,"answer":["7.5","7,5"]}},"step":1,"hints":["$1 \\space гВт = 100 \\space Вт$,<br />$1 \\space Вт = 0.01 \\space гВт$.","$750 \\space Вт = 7.5 \\space гВт$. "]}]}

Измерение мощности электрического тока

Мощность электрического тока напрямую зависит от напряжения и силы тока в цепи. Соответственно, для того, чтобы определить мощность тока, нам понадобится два прибора: амперметр и вольтметр. Умножив показания этих приборов друг на друга, мы получим численное значение мощности.

Также для измерения мощности напрямую существуют специальные приборы — ваттметры (рисунок 1). Они непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи.

{"questions":[{"content":"Мощность электрического тока можно измерить с помощью[[choice-19]]","widgets":{"choice-19":{"type":"choice","options":["ваттметра","вольтметра","гальванометра","барометра"],"explanations":["","Этот прибор служит для измерения электрического напряжения.","Этот прибор предназначен для определения наличия электрического тока в цепи.","Этот прибор используется для определения атмосферного давления."],"answer":[0]}}}]}

Мощность, потребляемая некоторыми приборами

В таблице 1 представлены значения мощности для некоторых приборов. Для бытовых приборов она всегда указывается в паспорте каждого устройства.

Устройство	Потребляемая мощность $P$, $Вт$
Лампа карманного фонаря	1
Лампа накаливания	40-200
Холодильник	160
Кондиционер	800
Утюг	1200-2200
Стиральная машина	2200
Пылесос	1500-3000
Лампа звезды башни Кремля	5000
Электропоезд	6 500 000

{"questions":[{"content":"Какую работу совершает ток в кондиционере за $100 \\space с$?[[choice-26]]","widgets":{"choice-26":{"type":"choice","options":["$80 \\space кДж$","$8000 \\space Дж$","$8 \\space Дж$","$8 \\space гДж$"],"answer":[0]}},"step":1,"calc":1,"hints":["Мощность электрического тока по определению:<br />$P = \\frac{A}{t}$. ","Тогда работа тока будет рассчитываться по формуле:<br />$A = Pt$.","$A = 800 \\space Вт \\cdot 100 \\space с = 80 \\space 000 \\space Дж = 80 \\space кДж$."]}]}

Упражнения

Упражнение №1

В цепь с напряжением в $127 \space В$ включена электрическая лампа, сила тока в которой равна $0.6 \space А$. Найдите мощность тока в лампе.

Дано:
$U = 127 \space В$
$I = 0.6 \space А$

$P — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Мощность электрического тока в лампе рассчитывается по формуле: $P = UI$.

$P = 127 \space В \cdot 0.6 \space А = 76.2 \space Вт$.

Ответ: $P = 76.2 \space Вт$.

Упражнение №2

Электроплитка рассчитана на напряжение $220 \space В$ и силу тока $3 \space А$. Определите мощность тока в плитке.

Дано:
$U = 220 \space В$
$I = 3 \space А$

$P — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Мощность электрического тока в плитке рассчитаем по формуле: $P = UI$.

$P = 220 \space В \cdot 3 \space А = 660 \space Вт$.

Ответ: $P = 660 \space Вт$.

Упражнение №3

Пользуясь таблицей 1, вычислите, какую работу совершает за $1 \space ч$ электрический ток в лампе карманного фонаря, осветительной лампе мощностью $200 \space Вт$, в лампе звезды башни Кремля.

Дано:
$t = 1 \space ч$
$P_1 = 1 \space Вт$
$P_2 = 200 \space Вт$
$P_3 = 5000 \space Вт$

СИ:
$t = 3600 \space с$

$A_1 — ?$
$A_2 — ?$
$A_3 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Мощность тока по определению равна работе, которую ток совершает за единицу времени: $P = \frac{A}{t}$.

Выразим отсюда работу и рассчитаем ее для каждой лампы:
$A = Pt$.

Работа тока в лампе карманного фонаря:
$A_1 = P_1 t$,
$A_1 = 1 \space Вт \cdot 3600 \space с = 3600 \space Дж = 3.6 \space кДж$.

Работа тока в осветительной лампе:
$A_2 = P_2 t$,
$A_2 = 200 \space Вт \cdot 3600 \space с = 720 \space 000 \space Дж = 720 \space кДж$.

Работа тока в лампе звезды башни Кремля:
$A_3 = P_3 t$,
$A_3 = 5000 \space Вт \cdot 3600 \space с = 18 \space 000 \space 000 \space Дж = 18 \space МДж$.

Ответ: $A_1 = 3.6 \space кДж$, $A_2 = 720 \space кДж$, $A_3 = 18 \space МДж$.

Упражнение №4

Рассмотрите один-два электроприбора, используемые в квартире. Найдите по паспорту приборов их мощность. Определите работу тока в них за $10 \space мин$.

Если вы не можете найти паспорт прибора, внимательно рассмотрите его. Часто производители указывают мощность на самом устройстве. Мы возьмем пылесос мощностью $2000 \space Вт$ и фен для волос мощностью $2200 \space Вт$ (рисунок 2).

Дано:
$t = 10 \space мин$
$P_1 = 2000 \space Вт$
$P_2 = 2200 \space Вт$

СИ:
$t = 600 \space с$

$A_1 — ?$
$A_2 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Мощность тока по определению равна работе, которую ток совершает за единицу времени: $P = \frac{A}{t}$.

Выразим отсюда работу и рассчитаем ее для каждого прибора:
$A = Pt$.

Работа тока в пылесосе, совершенная за $10 \space мин$ его использования:
$A_1 = P_1t$,
$A_1 = 2000 \space Вт \cdot 600 \space с = 1 \space 200 \space 000 \space Дж = 1.2 \space МДж$.

Работа тока в фене для волос, совершенная за $10 \space мин$ его использования:
$A_2 = P_2t$,
$A_2 = 2200 \space Вт \cdot 600 \space с = 1 \space 320 \space 000 \space Дж = 1.32 \space МДж$.

Ответ: $A_1 = 1.2 \space МДж$, $A_2 = 1.32 \space МДж$.

Определение полезной мощности источника тока физической формулой

Содержание

Двухполюсник и его эквивалентная схема
ÐÐ´Ð¸Ð½Ð¸ÑÑ Ð¸Ð·Ð¼ÐµÑÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¼Ð¾ÑÐ½Ð¾ÑÑÐ¸
Принцип действия
21.Принцип работы центробежного насоса.
Что такое КПД ИТ
Вопросы и задания для самоконтроля
1.11. Работа и мощность тока
Ð¤Ð¾ÑÐ¼ÑÐ»Ñ Ð¼Ð¾ÑÐ½Ð¾ÑÑÐ¸ ÑÐ¾ÐºÐ°
Виды электродвигателей
Общие характеристики двигателей
МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ
Реактивный коэффициент
Вращательный момент
Как найти активную, реактивную и полную мощность
От чего зависит мощность тока
Виды мощности постоянного тока
Мгновенная мощность
Активная мощность
Реактивная мощность
Полная мощность
Формула работы в физике
Формула для общего случая
Разрядная емкость источника
Отношение – полезная мощность

Двухполюсник и его эквивалентная схема

Двухполюсник представляет собой электрическую цепь, содержащую две точки присоединения к другим цепям. Бывает два вида электрических цепей:

цепи, содержащие источник тока или напряжения;
двухполюсники, не являющиеся источниками.

Первые характеризуются электрическими параметрами: силой тока, напряжением и импедансом. Для расчёта параметров таких двухполюсников предварительно производят замену реальных элементов цепи на идеальные элементы. Комбинация, которая получается в результате подобной замены, называется эквивалентной схемой.

Внимание! При работе со сложными электрическими схемами с учётом того, что устройство работает на одной частоте, допустимо преобразовывать последовательные и параллельные ветви до получения простой схемы, доступной для расчёта параметров. Второй вид двухполюсников можно охарактеризовать только величиной внутреннего сопротивления

Второй вид двухполюсников можно охарактеризовать только величиной внутреннего сопротивления.

ÐÐ´Ð¸Ð½Ð¸ÑÑ Ð¸Ð·Ð¼ÐµÑÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¼Ð¾ÑÐ½Ð¾ÑÑÐ¸

1ÐºÐÑÂ·Ñ = 103ÐÑÂ·3600Ñ = 3,6Â·106ÐÑÂ·Ñ = 3,6Â·106ÐÐ¶.

Принцип действия

По закону Архимеда ток в проводнике создает магнитное поле, в котором действует сила F1. Если из этого проводника изготовить металлическую рамку и поместить ее в поле под углом 90°, то края будут испытывать силы, направленные в противоположную сторону относительно друг друга. Они создают крутящий момент относительно оси, который начинает ее вращать. Витки якоря обеспечивают постоянное кручение. Поле создается электрическими или постоянными магнитами. Первый вариант выполнен в виде обмотки катушки на стальном сердечнике. Таким образом, ток рамки генерирует индукционное поле в обмотке электромагнита, которое порождает электродвижущую силу.

Рассмотрим более подробно работу асинхронных двигателей на примере установок с фазным ротором. Такие машины работают от переменного тока с частотой вращения якоря, не равной пульсации магнитного поля. Поэтому их еще называют индукционными. Ротор приводится в движение за счет взаимодействия электрического тока в катушках с магнитным полем.

Когда во вспомогательной обмотке отсутствует напряжение, устройство находится в состоянии покоя. Как только на контактах статора появляется электрический ток, образуется постоянное в пространстве магнитное поле с пульсацией +Ф и -Ф. Его можно представить в виде следующей формулы:

n_пр = n_обр = f₁× 60 ÷ p = n₁

где:

n_пр – количество оборотов, которое совершает магнитное поле в прямом направлении, об/мин;

n_обр – число оборотов поля в обратном направлении, об/мин;

f₁ – частота пульсации электрического тока, Гц;

p – количество полюсов;

n₁ – общее число оборотов в минуту.

Испытывая пульсации магнитного поля, ротор получает начальное движение. По причине неоднородности воздействия потока, он будет развиваться крутящий момент. По закону индукции, в короткозамкнутой обмотке образуется электродвижущая сила, которая генерирует ток. Его частота пропорциональна скольжению ротора. Благодаря взаимодействию электрического тока с магнитным полем создается крутящий момент вала.

Для расчетов производительности существуют три формулы мощности асинхронного электродвигателя. По сдвигу фаз используют

S = P ÷ cos (alpha), где:

S – полная мощность, измеряемая в Вольт-Амперах.

P – активная мощность, указываемая в Ваттах.

alpha – сдвиг фаз.

Под полной мощностью понимаются реальный показатель, а под активной – расчетный.

21.Принцип работы центробежного насоса.

Устройство:

Основной
рабочий орган ц-б насоса – свободно
вращающееся внутри спиралевидного
корпуса колесо, насаженное на вал. Между
дисками колеса – лопасти, плавно
изогнутые в сторону, противоположную
направлению вращения колеса. Внутренние
поверхности дисков и поверхности лопаток
образуют т.н. межлопастные каналы колеса,
при работе заполненные перекачиваемой
жидкостью. Всасывание и нагнетание
жидкости происходит равномерно и
непрерывно под действием центробежной
силы, возникающей при вращении колеса.

Принцип
работы:

При
переходе жидкости из канала рабочего
колеса в корпус происходит резкое
снижение скорости, в результате чего
кинетическая энергия жидкости превращается
в потенциальную энергию давления,
которое необходимо для подачи жидкости
на заданную высоту. При этом в центре
колеса создается разрежение, и вследствие
этого жидкость непрерывно поступает
по всасывающему трубопроводу в корпус
насоса, а затем в межлопастные каналы
рабочего колеса. Если перед пуском ц-б
насоса всасывающий трубопровод и корпус
не залиты жидкостью, то возникающего
разрежения будет недостаточно для
подъема жидкости в насос (из-за зазоров
между колесом и корпусом). Чтобы жидкость
не выливалась из насоса, на всасывающем
трубопроводе устанавливают обратный
клапан. Для отвода жидкости в корпусе
насоса есть расширяющаяся спиралевидная
камера: жидкость сначала поступает в
эту камеру, а затем в нагнетательный
трубопровод.

Что такое КПД ИТ

Когда речь идёт о кпд источника тока, также рассматривают полезную и полную работу, совершаемую двухполюсником. Перемещая электроны во внешней цепи, он выполняет полезную работу, двигая их по всей цепи, включая и свою внутреннюю, он производит полную работу.

В виде формул это выглядит так:

А полезн. = q*U = I*U*t = I2*R*t;

А полн. = q*ε = I* ε*t = I2*(R+r)*t.

где:

q – количество энергии, Дж;
U – напряжение, В;
ε – ЭДС, В;
I – ток, А;
R – сопротивление нагрузки, Ом;
r – импеданс источника, Ом;
t – время, за которое совершается работа, с.

С учётом этого можно выразить мощности двухполюсника:

Р полезн. = А полезн./t = I*U = I2*R;
P полн. = А полн./t = I*ε = I2*(R+r).

Формула кпд источников тока имеет вид:

η = Р полезн./P полн.= U/ε = R/ R+r.

Вопросы и задания для самоконтроля

Запишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
Что такое ток короткого замыкания?
Что такое полная мощность?
Как вычисляется к.п.д. источника тока?
Докажите, что наибольшая полезная мощность выделяется при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений цепи.
Верно ли утверждение, что мощность, выделяемая во внутренней части цепи, постоянна для данного источника?
К зажимам батарейки карманного фонаря присоединили вольтметр, который показал 3,5 В.
Затем вольтметр отсоединили и на его место подключили лампу, на цоколе которой было написано: Р=30 Вт, U=3,5 В. Лампа не горела.
Объясните явление.

При поочерёдном замыкании аккумулятора на сопротивления R1 и R2 в них за одно и то же время выделилось равное количество тепла. Определите внутреннее сопротивление аккумулятора.

1.11. Работа и мощность тока

При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу

U₁₂работой электрического тока

Если обе части формулы

RIt

Это соотношение выражает закон сохранения энергии для однородного участка цепи.

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена:

Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. записывается в виде

Умножив обе части этой формулы на Δq = IΔt, мы получим соотношение, выражающее закон сохранения энергии для полной цепи постоянного тока:

Первый член в левой части ΔQ = R I2Δt – тепло, выделяющееся на внешнем участке цепи за время Δt, второй член ΔQ_ист = r I2Δt – тепло, выделяющееся внутри источника за то же время.

Выражение IΔt равно работе сторонних сил ΔA_ст, действующих внутри источника.

При протекании электрического тока по замкнутой цепи работа сторонних сил ΔA_ст преобразуется в тепло, выделяющееся во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQ_ист

Следует обратить внимание, что в это соотношение не входит работа электрического поля. При протекании тока по замкнутой цепи электрическое поле работы не совершает; поэтому тепло производится одними только сторонними силами, действующими внутри источника

Роль электрического поля сводится к перераспределению тепла между различными участками цепи.

Внешняя цепь может представлять собой не только проводник с сопротивлением R, но и какое-либо устройство, потребляющее мощность, например, электродвигатель постоянного тока. В этом случае под R нужно понимать эквивалентное сопротивление нагрузки. Энергия, выделяемая во внешней цепи, может частично или полностью преобразовываться не только в тепло, но и в другие виды энергии, например, в механическую работу, совершаемую электродвигателем. Поэтому вопрос об использовании энергии источника тока имеет большое практическое значение.

Полная мощность источника, то есть работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равна

коэффициентом полезного действия источника

На рис. 1.11.1 графически представлены зависимости мощности источника P_ист, полезной мощности P, выделяемой во внешней цепи, и коэффициента полезного действия η от тока в цепи I для источника с ЭДС, равной , и внутренним сопротивлением r. Ток в цепи может изменяться в пределах от I = 0 (при ) до (при R = 0).

Рисунок 1.11.1.Зависимость мощности источника P_ист, мощности во внешней цепи P и КПД источника η от силы тока

Из приведенных графиков видно, что максимальная мощность во внешней цепи P_max, равная

I → 0R → ∞P

Ð¤Ð¾ÑÐ¼ÑÐ»Ñ Ð¼Ð¾ÑÐ½Ð¾ÑÑÐ¸ ÑÐ¾ÐºÐ°

Виды электродвигателей

По источнику питания приводы разделяют на работающие от:

Постоянного тока.
Переменного тока.

По принципу работы их, в свою очередь, делят на:

Коллекторные.
Вентильные.

Асинхронные.
Синхронные.

Вентильные двигатели не относят к отдельному классу, так как их устройство является вариацией коллекторного привода. В их конструкцию входит электронный преобразователь и датчик положения ротора. Обычно их интегрируют вместе с платой управления. За их счет происходит согласованная коммутация якоря.

Синхронные и асинхронные двигатели работают исключительно от переменного тока. Управление оборотами происходит с помощью сложной электроники. Асинхронные делятся на:

Трехфазные.
Двухфазные.
Однофазные.

Теоретическая формула мощности трехфазного электродвигателя при соединении в звезду или треугольником

P = 3 * U_ф* I_ф

Однако для линейных значений напряжения и тока она выглядит как

P = 1,73 × U_ф× I_ф× cos(alpha).

Это будет реальный показатель, сколько мощности двигатель забирает из сети.

Синхронные подразделяются на:

Шаговые.
Гибридные.
Индукторные.
Гистерезисные.
Реактивные.

В своей конструкции шаговые двигатели имеют постоянные магниты, поэтому их не относят к отдельной категории. Управление работой механизмов производится с помощью частотных преобразователей. Существуют также универсальные двигатели, которые функционируют от постоянного и переменного тока.

Общие характеристики двигателей

Все моторы имеют общие параметры, которые используются в формуле определения мощности электродвигателя. На их основе можно рассчитать свойства машины. В разной литературе они могут называться по-разному, но означают они одно и то же. В список таких параметров входит:

Крутящий момент.
Мощность двигателя.
Коэффициент полезного действия.
Номинальное количество оборотов.
Момент инерции ротора.
Расчетное напряжение.
Электрическая константа времени.

Вышеуказанные параметры необходимы, прежде всего, для определения эффективности электрических установок, работающих за счет механической силы двигателей. Расчетные величины дают лишь приблизительное представление о реальных характеристиках изделия. Однако эти показатели часто используют в формуле мощность электродвигателя. Именно она определяет результативность машин.

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

. (2)

Из формулы (2) видно, что при коротком замыкании цепи (R0) и при Rэта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность Р₁> 0. Следовательно, функция Р₁ имеет максимум. Значение R, соответствующее максимальной мощности, можно получить, дифференцируя Р₁ по R и приравнивая первую производную к нулю:

. (3)

Из формулы (3), с учётом того, что R и r всегда положительны, а Е ? 0, после несложных алгебраических преобразований получим:

R= r. (4)

Следовательно, мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает наибольшего значения при сопротивлении внешней цепи равном внутреннему сопротивлению источника тока.

При этом сила тока в цепи (5)

равна половине тока короткого замыкания. При этом мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает своего максимального значения, равного

. (6)

Когда источник замкнут на внешнее сопротивление, то ток протекает и внутри источника и при этом на внутреннем сопротивлении источника выделяется некоторое количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение этого тепла равна

. (7)

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи , определится формулой

= I2(R+r) = IE (8)

Реактивный коэффициент

По-другому он называется коэффициентом мощности и является безразмерной величиной, вводимой для вычисления реактивной составляющей. Говоря научным языком, он показывает, насколько сдвигается фаза переменного тока, протекающего через нагрузку, от возникшего на ней напряжения. Численно он принимается равным косинусу сдвига. Математически это сдвиг интерпретируется как косинус угла между векторными значениями тока и напряжения.

Простыми же словами, коэффициент мощности, обозначаемый φ, указывает на ту часть расходуемой электроэнергии, которая преобразуется в полезную работу. Например, при cos φ = 0,9 девяносто процентов от полной энергии уйдёт на совершение полезного действия, а остальные десять будут считаться потерями. Поэтому если в паспорте на какой-либо прибор указано, что мощность изделия составляет 500 Вт, а cos φ = 0,5, то полный расход его энергии будет составлять 500/0,5 = 250 ВА.

То есть коэффициент φ находится из отношения потребляемой устройством энергии к значению полной мощности. Нередко в паспорте оборудования указывается и составляющая φ (характер нагрузки). Она может быть резистивно-ёмкостной или резистивно-индуктивной. При этом сам коэффициент соответственно является опережающим или отстающим.

Если же напряжение в цепи изменяется по синусоидальному закону, а ток по несинусоидальному, то нагрузка никакой реактивной составляющей иметь не будет, а коэффициент принимается равным главной волне (первой гармонике). Под несинусоидальными понимаются искажения электрического сигнала, связанные с гармониками, преобладающими над основной частотой.

В математике формулой для нахождения коэффициента мощности является выражение: cos φ= P/S. Поэтому чем больше его значение, тем меньше потребляет устройство энергию из сети. Существуют различные способы поднятия значения cos φ, даже до максимального значения, равного единице, называемые коррекцией. Наиболее эффективным является добавление в схему сложного электронного узла, размещаемого на входе устройства.

Вращательный момент

Этот термин имеет несколько синонимов: момент силы, момент двигателя, Вращательный момент, вертящий момент. Все они используются для обозначения одного показателя, хотя с точки зрения физики эти понятия не всегда тождественны.

В целях унификации терминологии были разработаны стандарты, которые приводят все к единой системе. Поэтому в технической документации всегда используются словосочетание “крутящий момент”. Он представляет собой векторную физическую величину, которая равна произведению векторных значений силы и радиуса. Вектор радиуса проводится от оси вращения к точке приложенной силы. С точки зрения физики разница между крутящим и вращательным моментом заключается в точке прикладывания силы. В первом случае это внутреннее усилие, во втором – внешнее. Измеряется величина в ньютон-метрах. Однако в формуле мощности электродвигателя крутящий момент используется как основное значение.

Рассчитывается он как

M = F × r, где:

M – крутящий момент, Нм;

F – прикладываемая сила, H;

r – радиус, м.

Для расчета номинального вращающего момента привода используют формулу

Мном = 30Р_ном÷ pi × н_ном, где:

Р_ном – номинальная мощность электрического двигателя, Вт;

н_ном – номинальное число оборотов, мин-1.

Соответственно, формула номинальной мощности электродвигателя бедует выглядеть следующим образом:

Рном = М_ном* pi*н_ном/ 30.

Обычно все характеристики указаны в спецификации. Но бывает, что приходится работать с совершенно новыми установками, информацию о которых найти очень сложно. Для расчета технических параметров таких устройств берут данные их аналогов. Также всегда известны только номинальные характеристики, которые даются в спецификации. Реальные данные необходимо рассчитывать самостоятельно.

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.

В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.

При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.

Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в ваттах, реактивная мощность измеряется в вар – вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.

Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).

Что такое активная и реактивная электроэнергия, мощность

Как найти реактивную мощность

Активное и реактивное сопротивление

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях

Активное и индуктивное сопротивление кабелей – таблица

Онлайн калькулятор расчета тока по мощности

От чего зависит мощность тока

Мощность тока, различных приборов и оборудования зависит сразу от двух основных величин – силы тока и напряжения. Чем выше ток, тем больше значение мощности, соответственно, при повышении напряжения, мощность также возрастает. Если напряжение и сила тока увеличиваются одновременно, то мощность электрического тока будет возрастать как произведение той и другой величины: N = I x U.

Очень часто возникает вопрос, в чем измеряется мощность тока? Основной единицей измерения этой величины является 1 ватт (Вт). Таким образом, 1 ватт является мощностью устройства, потребляющего ток силой в 1 ампер, при напряжении 1 вольт. Подобной мощностью обладает, например, лампочка от обычного карманного фонарика.

Расчетное значение мощности позволяет точно определить расход электрической энергии. Для этого необходимо взять произведение мощности и времени. Сама формула выглядит так: W = IUt где W является расходом электроэнергии, произведение IU – мощностью, а t – количеством отработанного времени. Например, чем больше продолжается работа электрического двигателя, тем большая работа им совершается. Соответственно возрастает и потребление электроэнергии.

Формула электрической мощности

В чем измеряется мощность электрического тока

Как найти мощность

Активная реактивная и полная мощность

Расчет тока по мощности и напряжению

Мощность (P) Время (T) Энергия (W)

Виды мощности постоянного тока

Любая мощностная величина определяется работой, которая совершается за определенную единицу времени. Чаще всего ею становится секунда. Она означает величину, характеризующую, насколько быстро совершается работа. Касаемо электрической мощности это расход электроэнергии за одну секунду.

Мощностная характеристика тока соответствует отношению его работы ко времени

Работой тока называется процесс превращения электроэнергии в какую-либо другую энергию (механическую, тепловую или световую). Именно по мощности, которая обозначается буквой «P» или «W», и оценивается работоспособность электротока.

К сведению! Вообще у тока постоянного значения нет активной и реактивной P. Для этого вида сети характерна только мгновенная характеристика.

Мгновенная мощность

Если говорить о сетях переменного электротока, то рассматриваемая величина в них, как и электроток или напряжение, регулярно меняет свои значения. Это напрямую влияет на другие параметры. При константном течении зарядов все остается неизменным. Именно поэтому и возникает термин «мгновенная мощность».

Силы в сети регулярного тока остаются неизменными и равняются мгновенным их значениям, взятым в произвольный момент времени. Такую характеристику можно высчитать по мгновенным значениям. Для этого подходит формула мощности постоянного тока в цепи: P = I * U.

Рассматриваемая величина может быть найдена из произведения силы электротока и напряжения

Если сеть пассивна и в ней соблюдается закон Ома, то справедливо равенство. В случае подключения источника ЭДС нужна другая формула: P = I * E, где E — это электродвижущая сила.

Активная мощность

Активная мощность — это среднее за период значение мгновенной P. При активной P происходит конвертация мощности тока в энергию любого вида (механическую, световую или тепловую). Подобный перевод электротока нельзя выполнить в обратном направлении. Активный тип также измеряется в ваттах. 1 Ватт равен 1 вольту умноженному на 1 ампер.

Работа неразрывно связана с определением мощностных характеристик

К сведению! В бытовых и уж тем более промышленных масштабах единицу измерения ватт никогда не используют. Для этих целей задействуют показатели на порядок выше: мегаватты в киловатты.

Реактивная мощность

Реактивная мощностная характеристика определяет нагрузку, которая создается электрическими устройствами определенными колебаниями энергии электромагнитного поля в сетях синусоидального тока переменной частоты. Она равна произведению среднеквадратичных значений напряжения и силы тока, умноженных на синус угла, на который сдвигается фаза между ними. Реактивный параметр неразрывно связан с полной P и активным параметром.

Все основные величины могут быть найдены с использованием закона Ома

Если говорить про физический смыл реактивности, то он представляет собой некую энергию, которая перекачивается из источника к реактивным элементам приемника (конденсатор, обмотка генератора, катушка индуктивности и т. д.), а потом возвращается обратно в источник за время одного периода колебаний.

Полная мощность

Полная P электротока представляет собой значение, соответствующее произведению силы электротока и напряжения в цепи. Она неразрывно связана с активной и реактивной величинами и определяется следующим уравнением: , где Sos = полная мощность, а P и Q — ее активная и реактивная характеристики соответственно.

Общая мощность, которую можно представить в виде кружки пива

Если говорить проще, то активная P есть везде, где присутствует нагрузка активного плана. Например, в спиральных нагревателях, сопротивлении проводов и т. д. Реактивный параметр характерен для реактивной нагрузки, которая имеется в элементах индуктивности или емкости.

Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

Формула для общего случая

Так как напряжение — это работа, то, умножив её на количество перенесённых зарядов, получится энергия, затраченная для перемещения частиц от одного края проводника к другому. Энергия, в общем понимании, это работа за единицу времени. Поэтому можно записать следующее выражение Pab = A/dt, где:

dt — интервал времени, за который все свободные заряды были перенесены;
A — непосредственно сама работа.

Исходя из определения, данного силе тока, она практически является зарядом. В случае изменения во времени ток можно описать выражением I = q/dt. Тогда, исходя из этой формулы, верным будет утверждение, что q = I*dt. Если подставить полученную формулу вместо q в выражение, описывающее мощность, получится Pab = U* (I*dt/dt) = U*I.

Если время изменения бесконечно мало, то можно принять, что напряжение и ток практически не изменяются. В результате мгновенная электрическая мощность будет равна P (t) = u (t)*i (t). Как видно из формулы, значение мощности для любой точки времени будет прямо пропорционально мгновенным значениям тока и разности потенциалов. При этом если цепь неидеальная, то она содержит определённое сопротивление. Используя закон Ома для участка цепи, формулу для нахождения мгновенной мощности можно переписать в виде P (t) = i (t)2*R = u (t)2/R.

Мощность одновременно связана сразу с несколькими величинами и соответствует полной работе, затрачиваемой на перемещение некоторого количества кулонов за единицу времени (одну секунду). Из определения следует, что одно и то же значение мощности можно получить разными способами, например, уменьшая силу тока, но увеличивая напряжение. Такой подход и используется при передаче энергии на большие расстояния. Для этого применяются трансформаторы, понижающие и повышающие ток.

Разрядная емкость источника

Величина, зависящая от силы тока разряда, называется разрядной ёмкостью источника. Это электрический заряд, который отдаёт источник в процессе эксплуатации в зависимости от тока нагрузки. Эту величину можно считать постоянной условно. Так, стартерный аккумулятор, имеющий разрядную ёмкость С = 55 А*ч, при токе разряда 5,5 А проработает 10 часов. При запусках холодного или имеющего неисправность автомобиля аккумулятор можно разрядить за несколько минут.

Для того чтобы найти остаточную разрядную ёмкость, производят циклы «заряд – разряд». Они выполняются при помощи нагрузочных сопротивлений. Разряд на нагрузочное сопротивление производят до минимально допустимых значений плотности электролита. При этом замеряется время работы под нагрузкой. Это актуально при сезонном обслуживании аккумуляторов для выявления процессов саморазряда.

Разрядная ёмкость автомобильного аккумулятора

Внутреннее сопротивление источников тока – важная величина. Методы, применяемые для её снижения, являются прямыми путями увеличения отдаваемой мощности источника, значит, повышения производительности двухполюсников. Правильное измерение и вычисление импеданса эквивалентных схем позволяют приблизить двухполюсник к идеальному источнику.

Отношение – полезная мощность

Мощность, потребляемая двигателем из сети, всегда больше полезной мощности двигателя и зависит от типа двигателя. Отношение полезной мощности двигателя к мощности, потребляемой из сети, называется коэффициентом полезного действия двигателя. Мощность, получаемая в результате вычитания полезной мощности двигателя от мощности, потребляемой из сети, превращается в тепло и приводит к нагреванию двигателя.

Основной характеристикой, определяющей достоинства двигателя, является его коэффициент полезного действия. Он равен отношению полезной мощности, развиваемой двигателем к полным энергетическим затратам. Если реактивный двигатель развивает силу тяги F и летит со скоростью и, то, очевидно, полезная мощность, развиваемая им, равна Fv. С другой стороны, полная затраченная энергия равна q GH, где G – расход горючего в единицу времени, а Н – теплотворная способность горючего.

Источник тока ( генератор) всегда должен создавать полную мощность, но только некоторая ее часть является полезной, а другая часть неизбежно теряется на внутреннем сопротивлении генератора. Он равен отношению полезной мощности к полной. Иначе говоря, кпд показывает, какую долю полной мощности составляет полезная мощность.

Коэффициент полезного действия ( КПД) учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущей жидкости. Определяется КПД отношением полезной мощности к мощности, потребляемой насосом.

Естественным способом улучшения cos cp является полная загрузка асинхронных двигателей. КПД определяется отношением полезной мощности ЛГ2 к подводимой NI. У большинства двигателей КПД достигает максимума ( 65 – 95 %) при нагрузке, равной 75 % номинальной. Благодаря этому обеспечивается экономичность двигателей при преобладающих на практике режимах нагружения.

Гидравлический КПД представляет собой отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе. Объемным КПД называют отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, потерянной с утечками. Механический КПД насоса есть величина, выражающая относительную долю механических потерь в насосе.

Под коэффициентом полезного действия приемной антенны понимается обычно отношение полезной мощности, выделенной на нагрузке ( на сопротивлении приемника), к полной мощности, принятой антенной из поля.

Такой подход к разделению потерь не изменяет общей картины процессов, происходящих в герметической машине, так как полный коэффициент полезного действия равен отношению полезной мощности, затрачиваемой на выполнение транспортировки жидкости или газа, к мощности, потребляемой электродвигателем из сети. Однако следует помнить, что потери на трение выделяются в виде тепла в небольшом пространстве между статором и ротором, и если не будет обеспечена надлежащая циркуляция жидкости, то очень скоро наступит сильный нагрев ее и, следовательно электродвигателя.

Различают мощность, потребляемую насосом, и полезную мощность насоса. Полезной называют мощность, сообщаемую насосом подаваемой жидкой среде. Отношение полезной мощности к потребляемой мощности насоса является КПД насоса.

Режим усиления класса В в двухтактной ступени.

А когда на сетке нет переменного напряжения, то нет полезной мощности, и вся подводимая мощность расходуется на нагрев анода. Теоретически кпд ступени в режиме класса А не выше 40 – 45 %, а практически он ниже. Таким образом, режим класса А невыгоден в отношении полезной мощности и характеризуется низким кпд. Второй режим, называемый усилением класса В, состоит в том, что рабочая точка устанавливается в начале нижнего изгиба характеристики. Импульсы анодного тока получаются только от положительных полуволн переменного напряжения сетки. График усиления в режиме класса В для одной лампы показан на рис. 9.35 а. Колебания анодного тока сильно искажены по сравнению с колебаниями на сетке.

По какой формуле находится мощность. Что такое электрическая мощность

Цели урока:

Познакомиться с мощностью как новой физической величиной;
Развивать умения выводить формулы, пользуясь необходимыми знаниями прошлых уроков; развивать логическое мышление, умение анализировать, делать выводы;
Применять знания по физике в окружающем мире.

Ход урока

«И вечный бой! Покой нам только снится
Сквозь кровь и пыль…
Летит, летит степная кобылица
И мнет ковыль…
И нет конца! Мелькают вёрсты, кручи…
Останови! …Покоя нет! Степная кобылица несется вскачь!»
А.Блок «На поле Куликовом» (июнь 1908 г). (Слайд 1).

Урок сегодня я хочу начать с вопросов к вам. (Слайд 2).

1. Как вы думаете, имеет ли какое-то отношение лошадь к физике?

2. С какой физической величиной связана лошадь?

Мощность – правильно, это и есть тема нашего урока. Запишем ее в тетрадь.

Действительно, мощность двигателей автомобилей, транспортных средств до сих пор измеряют в лошадиных силах. Сегодня на уроке мы с вами узнаем всё о мощности с точки зрения физики. Давайте подумаем вместе и определим, что мы должны знать о мощности, как о физической величине.

Существует план изучения физических величин: (Слайд 3).

Определение;
Вектор или скаляр;
Буквенное обозначение;
Формула;
Прибор для измерения;
Единица величины.

Этот план и будут целью нашего урока.

Начнем с примера из жизни. Вам необходимо набрать бочку воды для полива растений. Вода находится в колодце. У вас есть выбор: набрать при помощи ведра или при помощи насоса. Напомню, что в обоих случаях механическая работа, совершенная при этом будет одинаковой. Конечно же, большинство из вас выберут, насос.

Вопрос: В чем разница при выполнении одной и той же работы?

Ответ: Насос выполнит эту работу быстрее, т. е. затратит меньшее время.

1) Физическая величина, характеризующая быстроту выполнения работы, называют мощностью. (Слайд 4) .

2) Скаляр, т.к. не имеет направления.

5) [N] = [ 1 Дж/с] =

Название этой единицы мощности дано в честь английского изобретателя паровой машины (1784г) Джеймса Уатта. (Слайд 5).

6) 1 Вт = мощности, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж. (Слайд 6).

Самолеты, автомобили, корабли и другие транспортные средства движутся часто с постоянной скоростью. Например, на трассах автомобиль достаточно долго может двигаться со скоростью 100 км/ч.(Слайд 7).

Вопрос: от чего зависит скорость движения таких тел?

Оказывается, она напрямую зависит от мощности двигателя автомобиля.

Зная, формулу мощности мы выведем еще одну, но для этого давайте вспомним основную формулу для механической работы.

Учащийся выходит к доске для вывода формулы. (Слайд 8).

Пусть сила совпадает по направлению со скоростью тела. Запишем формулу работы этой силы.

2.При постоянной скорости движения, тело проходит путь определяемой формулой

Подставляем в исходную формулу мощности: , получаем — мощность.

У нас получилась еще одна формула для расчета мощности, которую мы будем использовать при решении задач.

Мощность всегда указывают в паспорте технического устройства. И в современных технических паспортах автомобилей есть графа:

Мощность двигателя: кВт / л.с.

Следовательно, между этими единицами мощности существует связь.

Вопрос: А откуда взялась эта единица мощности? (Слайд 11).

Дж. Уатту принадлежит идея измерять механическую мощность в «лошадиных силах». Предложенная им единица мощности была весьма популярна, но в 1948　г. Генеральной конференцией мер и весов была введена новая единица мощности в международной системе единиц – ватт. (Слайд 12) .

1 л.с. = 735,5 Вт.

1 Вт = ,00013596 л.с.

Примеры мощностей современных автомобилей. (Слайд 13,14) .

Различные двигатели имеют разные мощности.

Учебник, страница 134, таблица 5.

Вопрос: А какова мощность человека?

Текс учебника , § 54. Мощность человека при нормальных условиях работы в среднем составляет 70-80 Вт. Совершая прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Вт, а в отдельных случаях и большую.

Вопрос: А чем «живые двигатели» отличаются от механических? (Слайд 15) .

Ответ: Тем, что «живые двигатели» могут изменять свою мощность в несколько раз.

Закрепление материала.

1.Расскажите все, что вы знаете о мощности. Ответ по плану изучения физической величины.

Ответ: N ≈ 2,9 кВт.

§ 54.
Записать формулы мощности в таблицу формул.
Упр. 29 (2,5) – 1 уровень.
Упр. 29 (1,3) – 2 уровень.
Упр. 29 (1,4) – 3 уровень.
Задание 18 – на дополнительную оценку (на листочках).

Литература:

А. В. Перышкин «Учебник физики для 7 класса», Дрофа, Москва, 2006.
А. Блок «На поле Куликовом».
1C: Школа Физика 7 класс

Добавить сайт в закладки

Мощность электрического тока

Прежде чем говорить об электрической мощности, следует определиться с понятием мощности в общем смысле. Обычно, когда люди говорят о мощности, они подразумевают некую силу, которой обладает тот или иной предмет (мощный электродвигатель), либо действие (мощный взрыв).

Но, как мы знаем из школьной физики, сила и мощность — это разные понятия, хотя зависимость у них есть.

Первоначально мощность (N) – это характеристика, относящаяся к определённому событию (действию), а если оно привязано к некоторому предмету, то с ним также условно соотносят понятие мощности. Любое физическое действие подразумевает воздействие силы. Сила (F), с помощью которой был пройден определённый путь (S), будет равняться совершенной работе (А). А работа, проделанная за определённое время (t), и будет приравниваться к мощности.

Мощность — это физическая величина, которая равна отношению совершенной работы, что выполняется за некоторый промежуток времени, к этому же промежутку времени. Поскольку работа является мерой изменения энергии, то ещё можно сказать так: мощность — это скорость преобразования энергии системы.

Разобравшись с понятием механической мощности, можно перейти к рассмотрению электрической мощности (мощность электрического тока). Как вы должны знать,U — это работа, выполняемая при перемещении 1 Кл, а ток I — количество кулонов, проходящих за 1 сек. Поэтому произведение тока на напряжение показывает полную работу, выполненную за 1 сек, то есть электрическую мощность, или мощность электрического тока.

Анализируя приведённую формулу, можно сделать очень простой вывод: поскольку электрическая мощность P в одинаковой степени зависит от тока I и от напряжения U, то, следовательно, одну и ту же электрическую мощность можно получить либо при большом токе и малом напряжении, или же, наоборот, при большом напряжении и малом токе (это используется при передаче электроэнергии на удалённые расстояния от электростанций к местам потребления путём трансформаторного преобразования на повышающих и понижающих электроподстанциях).

Активная электрическая мощность (это мощность, которая безвозвратно преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т. д.) имеет свою единицу измерения — Вт (Ватт). Она равна произведению 1 В на 1 А. В быту и на производстве мощность удобнее измерять в кВт (киловаттах, 1 кВт = 1000 Вт). На электростанциях уже используются более крупные единицы — мВт (мегаватты, 1 мВт = 1000 кВт = 1 000 000 Вт).

Реактивная электрическая мощность — это величина, которая характеризует такой вид электрической нагрузки, который создаются в устройствах (электрооборудовании) колебаниями энергии (индуктивного и емкостного характера) электромагнитного поля. Для обычного переменного тока она равна произведению рабочего тока I и падению напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = U×I×sin(угла). Реактивная мощность имеет свою единицу измерения под названием ВАр (вольт-ампер реактивный). Обозначается буквой Q.

Активную и реактивную электрическую мощность на примере можно выразить так: дано электротехническое устройство, которое имеет нагревательные тэны и электродвигатель. Тэны, как правило, сделаны из материала с высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока по спирали тэна электрическая энергия полностью преобразуется в тепло. Такой пример характерен активной электрической мощности.

Электродвигатель этого устройства внутри имеет медную обмотку. Она представляет собой индуктивность. А как мы знаем, индуктивность обладает эффектом самоиндукции, а это способствует частичному возврату электроэнергии обратно в сеть. Эта энергия имеет некоторое смещение в значениях тока и напряжения, что вызывает негативное влияние на электросеть (дополнительно перегружая её).

Похожими способностями обладает и ёмкость (конденсаторы). Она способна накапливать заряд и отдавать его обратно. Разница ёмкости и индуктивности заключается в противоположном смещении значений тока и напряжения относительно друг друга. Такая энергия ёмкости и индуктивности (смещённая по фазе относительно значения питающей электросети) и будет, по сути, являться реактивной электрической мощностью.

Каждое тело, совершающее движение, можно охарактеризовать работой. Иными словами, она характеризует действие сил.

Работа определяется как:
Произведение модуля силы и пути пройденного телом, умноженное на косинус угла между направлением силы и движения.

Работа измеряется в Джоулях:
1 [Дж] = = [кг* м2/c2]

К примеру, тело A под действием силы в 5 Н, прошло 10 м. Определить работу совершенную телом.

Так как направление движения и действия силы совпадают, то угол между вектором силы и вектором перемещения будет равен 0°. Формула упроститься, потому что косинус угла в 0° равен 1.

Подставляя исходные параметры в формулу, находим:
A= 15 Дж.

Рассмотрим другой пример, тело массой 2 кг, двигаясь с ускорением 6 м/ с2, прошло 10 м. Определить работу проделанную телом, если оно двигалось по наклоненной плоскости вверх под углом 60°.

Для начала, вычислим какую силу нужно приложить, что бы сообщить телу ускорение 6 м/ с2.

F = 2 кг * 6 м/ с2 = 12 H.
Под действием силы 12H, тело прошло 10 м. Работу можно вычислить по уже известной формуле:

Где, а равно 30°. Подставляя исходные данные в формулу получаем:
A= 103, 2 Дж.

Мощность

Множество машин механизмов выполняют одну и ту же работу за различный промежуток времени. Для их сравнения вводится понятие мощности.
Мощность – это величина, показывающая объем работы выполненный за единицу времени.

Мощность измеряется в Ватт, в честь Шотландского инженера Джеймса Ватта.
1 [Ватт] = 1 [Дж/c].

К примеру, большой кран поднял груз весом 10 т на высоту 30 м за 1 мин. Маленький кран на эту же высоту за 1 мин поднял 2 т кирпича. Сравнить мощности кранов.
Определим работу выполняемую кранами. Груз поднимается на 30м, при этом преодолевая силу тяжести, поэтому сила, затрачиваемая на поднятие груза, будет равна силе взаимодействия Земли и груза(F = m * g). А работа – произведению сил на расстояние пройденное грузами, то есть на высоту.

Для большого крана A1 = 10 000 кг * 30 м * 10 м / с2 = 3 000 000 Дж, а для маленького A2 = 2 000 кг * 30 м * 10 м / с2 = 600 000 Дж.
Мощность можно вычислить, разделив работу на время. Оба крана подняли груз за 1 мин (60 сек).

Отсюда:
N1 = 3 000 000 Дж/60 c = 50 000 Вт = 50 кВт.
N2 = 600 000 Дж/ 60 c = 10 000 Вт = 10 к Вт.
Из выше приведенных данных наглядно видно, что первый кран в 5 раз мощнее второго.

Одно из важнейших понятий механики – работа силы .

Работа силы

Все физические тела в окружающем нас мире приводятся в движение с помощью силы. Если на движущееся тело в попутном или противоположном направлении действует сила или несколько сил со стороны одного или нескольких тел, то говорят, что совершается работа .

То есть, механическая работу совершает действующая на тело сила. Так, сила тяги электровоза приводит в движение весь поезд, тем самым совершая механическую работу. Велосипед приводится в движение мускульной силой ног велосипедиста. Следовательно, эта сила также совершает механическую работу.

В физике работой силы называют физическую величину, равную произведению модуля силы, модуля перемещения точки приложения силы и косинуса угла между векторами силы и перемещения.

A = F · s · cos (F, s) ,

где F модульсилы,

s – модуль перемещения.

Работа совершается всегда, если угол между ветрами силы и перемещения не равен нулю. Если сила действует в направлении, противоположном направлению движения, величина работы имеет отрицательное значение.

Работа не совершается, если на тело не действуют силы, или если угол между приложенной силой и направлением движения равен 90 о (cos 90 o = 0).

Если лошадь тянет телегу, то мускульная сила лошади, или сила тяги, направленная по ходу движения телеги, совершает работу. А сила тяжести, с которой извозчик давит на телегу, работы не совершает, так как она направлена вниз, перпендикулярно направлению перемещения.

Работа силы – величина скалярная.

Единица работы в системе измерений СИ — джоуль. 1 джоуль – это работа, которую совершает сила величиной в 1 ньютон на расстоянии 1 м, если направления силы и перемещения совпадают.

Если на тело или материальную точку действуют несколько сил, то говорят о работе, совершаемой их равнодействующей силой.

В случае, если приложенная сила непостоянна, то её работа вычисляется как интеграл:

Мощность

Сила, приводящая в движение тело, совершает механическую работу. Но как совершается эта работа, быстро или медленно, иногда очень важно знать на практике. Ведь одна и та же работа может быть совершена за разное время. Работу, которую выполняет большой электромотор, может выполнить и маленький моторчик. Но ему для этого понадобится гораздо больше времени.

В механике существует величина, характеризующая быстроту выполнения работы. Эта величина называется мощностью .

Мощность – это отношение работы, выполненной за определённый промежуток времени, к величине этого промежутка.

N = A /∆ t

По определению А = F · s · cos α , а s/∆ t = v , следовательно

N = F · v · cos α = F · v ,

где F – сила, v скорость, α – угол между направлением силы и направление скорости.

То есть мощность – это скалярное произведение вектора силы на вектор скорости движения тела .

В международной системе СИ мощность измеряется в ваттах (Вт).

Мощность в 1 ватт – это работа в 1 джоуль (Дж), совершаемая за 1 секунду (с).

Мощность можно увеличить, если увеличить силу, совершающую работу, или скорость, с которой эта работа совершается.

Мощность является физической величиной, равной, как правило, скоростью изменения энергии целой системы. Если говорить более конкретно о том, чему равна мощность, то можно сказать, что она напрямую зависит от соотношения выполненной за определенный срок времени работы и размера этого самого промежутка времени. Существует понятие средней и мгновенной мощности. То есть, если речь идет о мощности системы в некотором промежутке времени, то это — средняя мощность. Если же рассматривается мощность на данный момент, то это — мгновенная мощность. Отсюда получаем следующую формулу:

N (мощность) = Е (энергия)/ t (время)

Следовательно, интеграл, полученный из показателей мгновенной мощности за отдельный срок времени равен полному объему использованной в течение данного периода времени энергии.

В качестве единицы измерения данной величины принято использовать ватт. Учитывая предыдущую формулу можно сказать, что 1 Ватт = 1 Дж / 1 с. Еще одной популярной единицей для измерения величины мощности считается лошадиная сила.

Что такое мощность в механике?

Сила, действующая на тело, находящееся в движении, выполняет работу. В таком случае, мощность определяется скалярным произведением вектора силы и вектора скорости, с которой система движется в пространстве. То есть:

N = F*v = F*v*cos a

В данной формуле F — это сила, v — это скорость, a — это угол связывающий вектор скорости и вектор силы.

Если речь идет о вращательном движении тела, то уместна следующая формула:

N = M * w = (2П * М * n) / 60

В данной формуле M — это момент силы, w — это угловая скорость, П — это число Пи, а n — это количество оборотов в установленную единицу времени (в минуту).

От чего зависит мощность электрической энергии?

Термин электрической мощности характеризует скорость изменения или передачи электрической энергии. Изучая сеть переменного тока, кроме понятия «мгновенная мощность», которое соответствует традиционно физическому определению, принято использовать и активную мощность. Активная мощность равна среднему показателю мгновенной мощности за период времени, показателю, которым определяется реактивная мощность, соответствующая энергии, перемещающейся между источником и потребителем без диссипации и полному значению мощности, которое определяется произведением активного значения тока и напряжения, не учитывая сдвиг фаз.

В чем измеряется мощность электрического тока. Мощность: определение и формула

По работе квартирного электросчётчика можно проследить, что накручивание киловатт-часов происходит тем быстрее, чем большая нагрузка подается на сеть. На этом основан один из способов того, как измеряется мощность. Существует несколько разновидностей показателя, обозначаемого по первой букве английского watt — W. От параметров электросхемы жилища зависит величина энергопотребления — оно прямо пропорционально мощности подключённых токоприёмников.

Виды электрической мощности

Физическая величина W представляет собой скорость изменения, передачи, потребления и преобразования энергии рассматриваемой системы. Конкретно определение мощности звучит как отношение выполняемой в какой-то период работы к промежутку времени действия: W=ΔА/Δ t, Дж/с=ватт (Вт).

В отношении электрической сети речь идёт о перемещении заряда под действием напряжения: А=U. Потенциал между двумя точками проводника — и есть показатель энергии движения единичного нуклона. Полная работа протекания всего количества электронов — Ап=U*Q, где Q — общее число зарядов в сети. В этом случае формула мощности приобретает вид W=U*Q/t, выражение Q/t — электроток (I), то есть W=U*I.

В энергетике различают несколько терминов W:

Характер установленного оборудования предопределяет избыточность Wр, когда преобладают ёмкостные приборы и потенциал увеличивается, или дефицитность, если превалирует индуктивность сети (напряжение снижается). При использовании принципа противоположности действия разработаны устройства, позволяющие компенсировать вредность Wр и повысить качество и эффективность энергоснабжения.

Влияние параметров сети на киловатты

Из формулы W=U*I, видно, что мощность зависит одновременно от двух характеристик энергосистемы — напряжения и силы тока. Их влияние на параметры сети паритетное. Процесс образования электрической мощности можно описать следующим образом:

U — это работа, потраченная на перемещение 1 кулона;
I — количество зарядов, протекающих через проводник за 1 секунду.

По расчётному значению W определяют потреблённую энергию сети, умножив величину мощности на время её расходования. Изменяя один из параметров W в сторону уменьшения или увеличения, можно сохранить энергетику системы на постоянном уровне — получить высокую силу тока при малом напряжении или большой потенциал сети при слабом движении кулонов.

Преобразовательные приборы, предназначенные для перемены параметров, называются трансформаторами напряжения или тока . Их устанавливают на повышающих или понижающих электроподстанциях для передачи энергии от источника к потребителям на дальние расстояния.

Способы измерения нагрузки

Узнать мощность прибора можно, обратившись к его инструкции или паспорту, а при отсутствии — посмотреть на шильдик, прикреплённый к корпусу. Если нет данных производителя, то доступны другие способы, чтобы определить энергетику оборудования. Основной из них — измерить нагрузку с помощью ваттметра (прибора для фиксирования электрической мощности).

По назначению их разделяют на 3 класса: постоянного тока и низкочастотные (НЧ), оптические и высокоимпульсивные. Последние относят к радиодиапазону и дробят на 2 вида: включаемые в разрыв линии (проходящая мощность) и монтируемые в конечной точке маршрута как согласованная (поглощаемая) нагрузка. По способу доведения информации до оператора различают приборы цифровые и аналоговые — показывающие стрелочные и самопишущие. Краткие характеристики некоторых измерителей:

Помимо помощи специальных приборов, мощность узнают посредством применения расчётной формулы: в разрыв одного из питающих проводов включают амперметр, определяют ток и напряжение сети. Перемножение величин даст искомый результат.

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Урок 363. Мощность в цепи переменного тока

✪ Активная, реактивная и полная мощность. {2}\cdot r} прибавляется к поглощаемой или вычитается из отдаваемой.

Мощность переменного тока

В цепях переменного тока формула для мощности постоянного тока может быть применена лишь для расчёта мгновенной мощности, которая сильно изменяется во времени и для большинства простых практических расчётов не слишком полезна непосредственно. Прямой расчёт среднего значения мощности требует интегрирования по времени. Для вычисления мощности в цепях, где напряжение и ток изменяются периодически, среднюю мощность можно вычислить, интегрируя мгновенную мощность в течение периода. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Для того, чтобы связать понятия полной, активной, реактивной мощностей и коэффициента мощности , удобно обратиться к теории комплексных чисел . Можно считать, что мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой частью, полная мощность — модулем, а угол (сдвиг фаз) — аргументом. {2}}}} .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина для значений φ {\displaystyle \varphi } от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin ⁡ φ {\displaystyle \sin \varphi } для значений φ {\displaystyle \varphi } от 0 до −90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = U I sin ⁡ φ {\displaystyle Q=UI\sin \varphi } , реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор , являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности .

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии, возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Полная мощность

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (русское обозначение: В·А ; международное: V·A ) .

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I {\displaystyle I} в цепи и напряжения U {\displaystyle U} на её зажимах: S = U ⋅ I {\displaystyle S=U\cdot I} ; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: S = P 2 + Q 2 , {\displaystyle S={\sqrt {P^{2}+Q^{2}}},} где P {\displaystyle P} — активная мощность, Q {\displaystyle Q} — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0 {\displaystyle Q>0} , а при ёмкостной Q

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой: S ⟶ = P ⟶ + Q ⟶ . {*}}},} где U ˙ {\displaystyle {\dot {U}}} — комплексное напряжение, I ˙ {\displaystyle {\dot {I}}} — комплексный ток, Z {\displaystyle \mathbb {Z} } — импеданс, * — оператор комплексного сопряжения .

Модуль комплексной мощности | S ˙ | {\displaystyle \left|{\dot {S}}\right|} равен полной мощности S {\displaystyle S} . Действительная часть R e (S ˙) {\displaystyle \mathrm {Re} ({\dot {S}})} равна активной мощности P {\displaystyle P} , а мнимая I m (S ˙) {\displaystyle \mathrm {Im} ({\dot {S}})} — реактивной мощности Q {\displaystyle Q} с корректным знаком в зависимости от характера нагрузки.Мощность некоторых электрических приборов

В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока:

Электрический прибор	Мощность,Вт
лампочка фонарика	1
сетевой роутер, хаб	10…20
системный блок ПК	100…1700
системный блок сервера	200…1500
монитор для ПК ЭЛТ	15…200
монитор для ПК ЖК	2…40
лампа люминесцентная бытовая	5…30
лампа накаливания бытовая	25…150
Холодильник бытовой	15…700
Электропылесос	100… 3000
Электрический утюг	300…2 000
Стиральная машина	350…2 000
Электрическая плитка	1 000…2 000
Сварочный аппарат бытовой	1 000…5 500
Двигатель трамвая	45 000…50 000
Двигатель электровоза	650 000
Электродвигатель шахтной подъемной машины	1 000 000. ..5 000 000
Электродвигатели прокатного стана	6 000 000…9 000 000

Здравствуйте! Для вычисления физической величины, называемой мощностью, пользуются формулой, где физическую величину — работу делят на время, за которое эта работа производилась.

Выглядит она так:

P, W, N=A/t, (Вт=Дж/с).

В зависимости от учебников и разделов физики, мощность в формуле может обозначаться буквами P, W или N.

Чаще всего мощность применяется, в таких разделах физики и науки, как механика, электродинамика и электротехника. В каждом случае, мощность имеет свою формулу для вычисления. Для переменного и постоянного тока она тоже различна. Для измерения мощности используют ваттметры.

Теперь вы знаете, что мощность измеряется в ваттах. По-английски ватт — watt, международное обозначение — W, русское сокращение — Вт. Это важно запомнить, потому что во всех бытовых приборах есть такой параметр.

Мощность — скалярная величина, она не вектор, в отличие от силы, которая может иметь направление. В механике, общий вид формулы мощности можно записать так:

P=F*s/t, где F=А*s,

Из формул видно, как мы вместо А подставляем силу F умноженную на путь s. В итоге мощность в механике, можно записать, как силу умноженную на скорость. К примеру, автомобиль имея определенную мощность, вынужден снижать скорость при движении в гору, так как это требует большей силы.

Средняя мощность человека принята за 70-80 Вт. Мощность автомобилей, самолетов, кораблей, ракет и промышленных установок, часто, измеряют в лошадиных сил ах. Лошадиные силы применяли еще задолго до внедрения ватт. Одна лошадиная сила равна 745,7Вт. Причем в России принято что л. с. равна 735,5 Вт.

Если вас вдруг случайно спросят через 20 лет в интервью среди прохожих о мощности, а вы запомнили, что мощность — это отношение работы А, совершенной в единицу времени t. Если сможете так сказать, приятно удивите толпу. Ведь в этом определении, главное запомнить, что делитель здесь работа А, а делимое время t. В итоге, имея работу и время, и разделив первое на второе, мы получим долгожданную мощность.

При выборе в магазинах, важно обращать внимание на мощность прибора. Чем мощнее чайник, тем быстрее он погреет воду. Мощность кондиционера определяет, какой величины пространство он сможет охлаждать без экстремальной нагрузки на двигатель. Чем больше мощность электроприбора, тем больше тока он потребляет, тем больше электроэнергии потратит, тем больше будет плата за электричество.

В общем случае электрическая мощность определяется формулой:

где I — сила тока, U-напряжение

Иногда даже ее так и измеряют в вольт-амперах, записывая, как В*А. В вольт-амперах меряют полную мощность, а чтобы вычислить активную мощность нужно полную мощность умножить на коэффициент полезного действия(КПД) прибора, тогда получим активную мощность в ваттах.

Часто такие приборы, как кондиционер, холодильник, утюг работают циклически, включаясь и отключаясь от термостата, и их средняя мощность за общее время работы может быть небольшой.

В цепях переменного тока , помимо понятия мгновенной мощности, совпадающей с общефизической, существуют активная, реактивная и полная мощности. Полная мощность равна сумме активной и реактивной мощностей.

Для измерения мощности используют электронные приборы — Ваттметры. Единица измерения Ватт, получила свое название в честь изобретателя усовершенствованной паровой машины, которая произвела революцию среди энергетических установок того времени. Благодаря этому изобретению развитие индустриального общества ускорилось, появились поезда, пароходы, заводы, использующие силу паровой машины для передвижения и производства изделий.

Все мы много раз сталкивались с понятием мощности. Например, разные автомобили характеризуются разной мощностью двигателя. Также, электроприборы могут иметь различную мощность , даже если они имеют одинаковое предназначение.

Мощность — это физическая величина , характеризующая скорость работы.

Соответственно, механическая мощность — это физическая величина, характеризующая скорость механической работы:

Т. е. мощность — это работа в единицу времени.

Мощность в системе СИ измеряется в ваттах: [N ] = [Вт].

1 Вт — это работа в 1 Дж, совершенная за 1 с.

Существуют и другие единицы измерения мощности, например, такие, как лошадиная сила:

Именно в лошадиных силах чаще всего измеряется мощность двигателя автомобилей.

Давайте вернемся к формуле для мощности: Формула, по которой вычисляется работа, нам известна: Поэтому мы можем преобразовать выражение для мощности:

Тогда в формуле у нас образуется отношение модуля перемещения к промежутку времени. Это, как вы знаете, скорость:

Только обратите внимание, что в получившейся формуле мы используем модуль скорости, поскольку на время мы поделили не само перемещение, а его модуль. Итак, мощность равна произведению модуля силы, модуля скорости и косинуса угла между их направлениями.

Это вполне логично: скажем, мощность поршня можно повысить за счет увеличения силы его действия. Прикладывая бо́льшую силу, он будет совершать больше работы за то же время, то есть увеличит мощность. Но даже если оставить силу постоянной, и заставить поршень двигаться быстрее, он, несомненно, увеличит работу, совершаемую в единицу времени. Следовательно, увеличится мощность.

Примеры решения задач.

Задача 1. Мощность мотоцикла равна 80 л.с. Двигаясь по горизонтальному участку, мотоциклист развивает скорость равную 150 км\ч. При этом, двигатель работает на 75% от своей максимальной мощности. Определите силу трения, действующую на мотоцикл.

Задача 2. Истребитель, под действием постоянной силы тяги, направленной под углом 45° к горизонту, разгоняется от 150 м/с до 570 м/с. При этом, вертикальная и горизонтальная скорость истребителя увеличиваются на одинаковое значение в каждый момент времени. Масса истребителя равна 20 т. Если истребитель разгонялся в течение одной минуты, то какова мощность его двигателя?

Если вам нужно единицы измерения мощности привести в одну систему, вам пригодится наш перевод мощности – конвертер онлайн. А ниже вы сможете почитать, в чем измеряется мощность.

Для того, чтобы перетащить 10 мешков картошки с огорода, расположенного в паре километров от дома, вам потребуется целый день носиться с ведром туда-обратно. Если вы возьмете тележку, рассчитанную на один мешок, то справитесь за два-три часа.

Ну а если закинуть все мешки в телегу, запряженную лошадью, то через полчаса ваш урожай благополучно перекочует в ваш погреб. В чем разница? Разница в быстроте выполнения работы. Быстроту совершения механической работы характеризуют физической величиной, изучаемой в курсе физики седьмого класса. Называется эта величина мощностью. Мощность показывает, какая работа совершается за единицу времени. То есть, чтобы найти мощность, надо совершенную работу разделить на затраченное время.

Формула расчета мощности

И в таком случае, формула расчета мощности принимает следующий вид: мощность= работа/время, или

где N — мощность,
A — работа,
t — время.

Единицей мощности является ватт (1 Вт). 1 Вт — это такая мощность, при которой за 1 секунду совершается работа в 1 джоуль. Единица эта названа в честь английского изобретателя Дж. Уатта, который построил первую паровую машину. Любопытно, что сам Уатт пользовался другой единицей мощности — лошадиная сила, и формулу мощности в физике в том виде, в котором мы ее знаем сегодня, ввели позже. Измерение мощности в лошадиных силах используют и сегодня, например, когда говорят о мощности легкового автомобиля или грузовика. Одна лошадиная сила равна примерно 735,5 Вт.

Применение мощности в физике

Мощность является важнейшей характеристикой любого двигателя. Различные двигатели развивают совершенно разную мощность. Это могут быть как сотые доли киловатта, например, двигатель электробритвы, так и миллионы киловатт, например, двигатель ракеты-носителя космического корабля. При различной нагрузке двигатель автомобиля вырабатывает разную мощность , чтобы продолжать движение с одинаковой скоростью. Например, при увеличении массы груза, вес машины увеличивается, соответственно, возрастает сила трения о поверхность дороги, и для поддержания такой же скорости, как и без груза, двигатель должен будет совершать большую работу. Соответственно, возрастет вырабатываемая двигателем мощность. Двигатель будет потреблять больше топлива. Это хорошо известно всем шоферам. Однако, на большой скорости свою немалую роль играет и инерция движущегося транспортного средства, которая тем больше, чем больше его масса. Опытные водители грузовиков находят оптимальное сочетание скорости с потребляемым бензином, чтобы машина сжигала меньше топлива.

Ватт, согласно системе СИ – единица измерения мощности. В наши дни используется для измерения мощности всех электрических и не только приборов.

Джеймс Уатт и его универсальная паровая машина.

Что такое Ватт

Впервые эта величина была предложена для измерения мощности в 1882 году. Название единицы было дано в честь известного английского (а если по месту рождения, то шотландского) изобретателя Джеймса Уатта (James Watt). Одного из самых известных ученых в мире, создавшего универсальную паровую машину, доработав машину Ньюкомена. Однако, наибольшую известность ему принесла единица измерения, названная в его честь. До этого мощность рассчитывалась в лошадиных силах (л.с.), которые, кстати, были предложены для использования самим Уаттом. В наше же время, л.с. используются в основном для измерения мощности только в автомобилях, хотя бывают редкие исключения.

Согласно теории физики, мощность – это скорость расходования энергии, выраженная в отношении энергии ко времени: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Один ватт равен отношению одного джоуля (единице измерения работы) к одной секунде. На сегодняшний день для обозначения мощности электроприборов чаще применяется единица измерения киловатт (сокращенное обозначение – кВт). Несложно догадаться, сколько ватт в киловатте – приставка «кило» в системе СИ обозначает величину, полученную в результате умножения на тысячу.

Ниже рекомендуем посмотреть простое и понятное видео о предмете нашего разговора, думаю станет все понятно, если на слух вы воспринимаете информацию легче, да и в любом случае для закрепления материала, видео может быть полезным.

Ватты в киловатты
То есть, 1 кВт=1000 Вт (один киловатт равен тысячи ваттам). Обратный перевод так же прост: можно разделить число на тысячу либо переместить запятую на три цифры левее. Например:

мощность стиральной машины 2100 Вт = 2,1 кВт;
мощность кухонного блендера 1,1 кВт = 1100 Вт;
мощность электродвигателя 0,55 кВт = 550 Вт и т.д.

Килоджоули в киловатты и киловатт-час
Иногда наших читателей интересует, как перевести килоджоули в киловатты. Для ответа на этот вопрос, вернемся к базовому отношению ватт и джоулей: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Нетрудно догадаться, что:
1 килоджоуль = 0.0002777777777778 киловатт-час (в одном часе 60 минут, а в одной минуте 60 секунд, следовательно в часе 3600 секунд, а 1/3600= 0. 000277778).

1 Вт= 3600 джоуль в час

Ватты в лошадиные силы
1 лошадиная сила =736 Ватт, следовательно 5 лошадиных сил = 3,68 кВт.

1 киловатт = 1,3587 лошадиных сил.

Ватты в калории
1 джоуль = 0,239 калории, следовательно 239 ккал = 0.0002777777777778 киловатт-час.

Не путать с киловатт-час

Наверное, каждый хотя бы раз в жизни слышал о такой единице, как киловатт-час (кВт*ч). С помощью этой единицы измеряется работа, совершаемая устройством за единицу времени. Для того чтобы понять её отличие от киловатта, приведем в пример домашний телевизор с потребляемой мощностью в 250 Вт. Если присоединить его к электрическому счетчику и включить, то ровно через час на счетчике будет показано, что телевизор израсходовал 0,25 кВт электроэнергии. То есть, потребление телевизора равно 0,25 кВт*ч. Прибор с такой величиной потребления, оставленный во включенном состоянии на 4 часа, «сожжёт», соответственно, 1 кВт энергии. Суточное потребление того или иного прибора зависит от особенностей его конструкции и иногда может оказаться, что приборы, которые нам кажутся наименее «прожорливыми», на самом деле составляют большую долю от общих расходов на электричество. Так, к примеру, обычный телевизор имеет в 4 раза более низкое потребление по сравнению с 100 Вт лампой накаливания. В свою очередь, электрический чайник «сжигает» в три раза больше света, чем такая лампочка. Среднее суточное энергопотребление персонального компьютера – около 14 кВт, а холодильника – до 1,5 кВт.

Формула эдс силы тока мощности

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Математическая зависимость основных величин для закона Ома приведена в табл.1

Таблица 1. закон Ома для участка цепи

Закон Ома для замкнутой цепи (рис. 1) , где Е – эдс источника тока; — внутреннее сопротивление источника тока; Z – суммарное сопротивление внешней цепи.

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узловой точке электрической цепи рана нулю: (рис. 2,а).

Рис.1 замкнутая цепь(по закону Ома)

Рис.2 схемы к закону Кирхгофа: а — узловая точка (к I закону Кирхгофа), б – замкнутый контур (ко II закону Кирхгофа)

Таблица 2. формулы для определения сопротивлений, индуктивностей и емкостей

Таблица 9. переходные процессы при включении резисторов R и конденсаторов С

Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма всех эдс в замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений на всех элементах, составляющих цепь: (рис. 2,б)

Закон сложения сопротивлений и проводимостей: при последовательном соединении суммируются сопротивления, при параллельном соединении – проводимости. Расчетные формулы для определения сопротивления R, индуктивностей L и емкостей С приведены в таблице 2.

Переходные процессы возникают в электрической цепи, содержащей индуктивности L и емкости С в период перехода от одного установившегося режима к другому за счет постепенного изменения энергий электрического и магнитного полей.

Первый закон коммутации: в начальный момент после коммутации ток в индуктивности остается таким же, каким он был непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется.

Второй закон коммутации:в начальный момент после коммутации напряжение на емкости остается таким же, каким было непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется. Расчетные формулы напряжения и тока при замыкании цепи приведены втабл. 3.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Рис. 3. синусоидальное колебание

Мгновенные значения электрических колебаний переменного тока и напряжения математически записываются в виде ; где , где , -амплитуда колебаний; — круговая частота; t – время; — начальная фаза. Графическое колебание показано на рис. 3. Основные зависимости параметров синусоидальных колебаний приведены в табл. 4.

Таблица 4. основные зависимости параметров синусоидальных колебаний

Параметр	Зависимость
Круговая частота, рад/с
Частота колебаний, Гц
Период колебаний, с

Действующие значения синусоидальных тока и напряжения определят по формулам или по показаниям прибора

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электрическая цепь состоит из источника электрической энергии, соединительных проводов и приемников электрической энергии.

Электрический ток, протекающий в электрической цепи, представляет собой направленный поток электронов, возникающий под действием электрического поля.

Силу тока измеряют в амперах (а). Один ампер — это сила тока, при которой через поперечное сечение проводника каждую секунду проходит один кулон электричества. В одном кулоне содержится 6,3·1018 зарядов электрона.

Электродвижущая сила (э. д. с.) источника электрической энергии включенного в цепь, определяется работой, совершаемой им при перемещении электрических зарядов по всей цепи.

Напряжение— часть электродвижущей силы, определяемая работой источника электрической энергии, которая совершается им при перемещении электрических зарядов на участке цепи. Мощность тока определяется работой, производимой (или потребляемой) в одну секунду, и измеряется в ваттах (вт).

Основные и производные формулы для расчета электрических цепей приведены в табл. 5 и 6.

Таблица 5

Основные формулы

infopedia. su

Что такое ЭДС в электротехнике?

В электротехнике ЭДС характеризует источники питания и создаёт и поддерживает в течение длительного периода времени разность потенциалов. Численно ЭДС равна работе, которую должны совершить либо сторонние силы, чтобы переместить положительный заряд внутри источника, либо сам источник, чтобы провести заряд по цепи. Таким образом, формула для вычисления ЭДС имеет вид:

E = A / q,

где E – ЭДС,

А – работа,

q – заряд.

ЭДС необходима для поддержания в цепи постоянного тока, причём в технике применяется несколько видов ЭДС.

Вид	Область применения
Химическая	Батарейки и аккумуляторы
Термоэлектрическая	Холодильники и термопары
Индукционная	Электродвигатели, генераторы и трансформаторы
Фотоэлектрическая	Фотоэлементы
Пьезоэлектрическая	Пьезоэлементы, датчики, кварцевые генераторы

СПРАВКА: в теории существует идеальный источник ЭДС – генератор с нулевым внутренним сопротивлением, мощность которого приравнивается к бесконечности.

Что такое мощность в электричестве: просто о сложном

Вспомнилась былина об Илье Муромце, когда он приложил всю свою мощь к соловью разбойнику. У бедолаги сразу посыпались искры из глаз, как пламя с верхней картинки на проводке с неправильным монтажом.

Простыми словами: мощность в электричестве — это силовая характеристика энергии, которой оценивают, как способности генераторных установок ее вырабатывать, так возможности потребителей и транспортных магистралей.

Все эти участки должны быть точно смонтированы и налажены для обеспечения безопасной работы. Как только в любом месте возникает неисправность, так сразу развивается авария во всей схеме.

Если говорить о домашнем электрическом оборудовании, то приходится постоянно соблюдать баланс между:

включенными в сеть приборами;
конструкцией проводов и кабелей;
настройкой защитных устройств.

Только комплексное решение этих трех вопросов может обеспечить безопасность проводки и жильцов.

Как рассчитать электрическую мощность в быту

Формулы расчета мощности в электричестве позволяют выполнить качественную оценку безопасности каждого из перечисленных выше пунктов.

Пользоваться ими не сложно. Я уже приводил в предыдущих статьях шпаргалку электрика, где они помещены в наглядной форме для цепей постоянного тока.

Они полностью справедливы для активной составляющей мощности переменного тока, совершающей полезную работу. Кстати, кроме нее есть еще и бесполезная — реактивная, связанная с потерями энергии. Ее описанию посвящен второй раздел.

Такие вычисления удобно делать с помощью онлайн калькулятора. Он избавляет от рутинных математических вычислений и арифметических ошибок.

При любом из способов для расчета активной мощности требуется знать две из трех электрических величин:

силу тока I;
приложенное напряжение U;
сопротивление участка цепи R.

Как измерить электрическую мощность дома

Существует еще одна возможность оценки активной мощности: ее измерение в действующей схеме специальными приборами: ваттметрами.

Точные замеры может обеспечить промышленный лабораторный ваттметер. Он изготавливается как прибор, работающий на аналоговых сигналах,так и с помощью цифровых технологий.

В бытовой проводке точные вычисления не нужны. Для нее выпускаются различные виды более простых ваттметров.

Популярностью пользуются приборы, которые можно вставить в розетку и подключить к ним шнур питания от потребителя, включить их в работу и сразу снять показания на дисплее в ваттах.

Их так и называют: ваттметр розетка. Они измеряют чисто активную мощность переменного тока.

Такие приборы избавляют электрика от выполнения сложных операций под напряжением, когда требуется замерять:

действующее напряжение;
силу тока;
угол сдвига фаз между векторами тока и напряжения.

Потом все данные дополнительно требуется вводить в формулу расчета мощности по току и напряжению, делать по ней вычисления.

Этот метод можно упростить, если внимательно наблюдать за показаниями электрического счетчика индукционной системы с вращающимся диском. Он считает совершенную работу: потребленную мощность за определенную время.

Однако скорость вращения диска как раз и характеризует величину потребления. Надо просто посчитать сколько раз он обернется за минуту и перевести в ватты по табличке, расположенной на корпусе.

Что такое электродвижущая сила — определение, физический смысл

Определение

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, описывающая работу любых сил, которые действуют в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока, за исключением диссипативных и электростатических сил.

Для определения силы тока Георг Симон Ом использовал принцип крутильных весов Кулона. На длинной тонкой нити подвешено горизонтальное коромысло с заряженным шариком на конце. Второй заряд закреплен на cпицe, пропущенной сквозь крышку весов. При их взаимодействии коромысло поворачивается. Вращение головки в верхней части весов закручивало нить, возвращая коромысло в исходное состояние. По углу закручивания можно рассчитать силу взаимодействия зарядов в зависимости от расстояния между ними.

Ом по величине угла закрутки судил о силе тока I в проводнике, т. е. количестве электричества, перенесенном через поперечное сечение проводника за единицу времени. В качестве основной характеристики источника тока Ом брал величину напряжения \varepsilon на электродах гальванического элемента при разомкнутой цепи. Эту величину $\varepsilon$ он назвал электродвижущей силой, сокращенно ЭДС.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

В чем измеряется в системе СИ, как обозначается на схеме

Электродвижущая сила в системе СИ измеряется в вольтах.

На схеме обозначение источника тока с ЭДС — две линии с плюсом и минусом, иногда круг.

«Электромагнитная индукция»

Электромагнитная индукция — это явление, которое заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводнике в результате изменения магнитного поля, в котором он находится. Это явление открыл английский физик М. Фарадей в 1831 г. Суть его можно пояснить несколькими простыми опытами.

Описанный в опытах Фарадея принцип получения переменного тока используется в индукционных генераторах, вырабатывающих электрическую энергию на тепловых или гидроэлектростанциях. Сопротивление вращению ротора генератора, возникающее при взаимодействии индукционного тока с магнитным полем, преодолевается за счет работы паровой или гидротурбины, вращающей ротор. Такие генераторы преобразуют механическую энергию в энергию электрического тока.

Вихревые токи, или токи Фуко

Если массивный проводник поместить в переменное магнитное поле, то в этом проводнике благодаря явлению электромагнитной индукции возникают вихревые индукционные токи, называемые токами Фуко.

Вихревые токи возникают также при движении массивного проводника в постоянном, но неоднородном в пространстве магнитном поле. Токи Фуко имеют такое направление, что действующая на них в магнитном поле сила тормозит движение проводника. Маятник в виде сплошной металлической пластинки из немагнитного материала, совершающий колебания между полюсами электромагнита, резко останавливается при включении магнитного поля.

Во многих случаях нагревание, вызываемое токами Фуко, оказывается вредным, и с ним приходится бороться. Сердечники трансформаторов, роторы электродвигателей набирают из отдельных железных пластин, разделенных слоями изолятора, препятствующего развитию больших индукционных токов, а сами пластины изготовляют из сплавов, имеющих высокое удельное сопротивление.

Электромагнитное поле

Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, является статическим и действует на заряды. Постоянный ток вызывает появление постоянного во времени магнитного поля, действующего на движущиеся заряды и токи. Электрическое и магнитное поля существуют в этом случае независимо друг от друга.

Явление электромагнитной индукции демонстрирует взаимодействие этих полей, наблюдаемое в веществах, в которых есть свободные заряды, т. е. в проводниках. Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, действуя на свободные заряды, создает электрический ток. Этот ток, будучи переменным, в свою очередь порождает переменное магнитное поле, создающее электрическое поле в том же проводнике, и т. д.

Совокупность переменного электрического и переменного магнитного полей, порождающих друг друга, называется электромагнитным полем. Оно может существовать и в среде, где нет свободных зарядов, и распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны.

Классическая электродинамика — одно из высших достижений человеческого разума. Она оказала огромное влияние на последующее развитие человеческой цивилизации, предсказав существование электромагнитных волн. Это привело в дальнейшем к созданию радио, телевидения, телекоммуникационных систем, спутниковых средств навигации, а также компьютеров, промышленных и бытовых роботов и прочих атрибутов современной жизни.

Краеугольным камнем теории Максвелла явилось утверждение, что источником магнитного поля может служить одно только переменное электрическое поле, подобно тому, как источником электрического поля, создающим в проводнике индукционный ток, служит переменное магнитное поле. Наличие проводника при этом не обязательно — электрическое поле возникает и в пустом пространстве. Линии переменного электрического поля, аналогично линиям магнитного поля, замкнуты. Электрическое и магнитное поля электромагнитной волны равноправны.

Электромагнитная индукция в схемах и таблицах

(Явление электромагнитной индукции, опыты Фарадея, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, вихревое электрическое поле, самоиндукция, индуктивность, энергия магнитного поля тока)

Дополнительные материалы по теме:

Конспект урока по физике в 11 классе «Электромагнитная индукция».

Следующая тема: «».

Работа сторонних сил

Работа электрического поля не входит в данное соотношение, так как в замкнутой цепи работа не совершается, следовательно, тепло идет только от внутренних сторонних сил. В данном случае электрическое поле перераспределяет тепло по всем участкам цепи.

Внешняя цепь может иметь не только проводник с R сопротивлением, но и механизм, потребляющий мощность. Такой случай говорит о том, что R эквивалентно сопротивлению нагрузки. Энергия, которая выделяется по внешней цепи, преобразуется в тепло и другие виды энергии.

Определение 3

Работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равняется Pист=εI=ε2R+r. Внешняя цепь характеризуется мощностью P=RI2=εI-rI2=ε2R(R+r)2.

Коэффициентом полезного источника называют отношение η=PPист, записываемое как η=PPист=1-rεI=RR+r.

Рисунок 1.11.1 показывает зависимость Pист, полезной Р, выделяемой во внешней цепи, кпд η от тока I для источника с ЭДС, равной ε, и внутренним сопротивлением r. Изменение тока в цепи происходит в пределах от I=( при R=∞) до I=Iкз=εr( при R=).

Рисунок 1.11.1. Зависимость мощности источника Pист, мощности во внешней цепи Р и КПД источника η от силы тока.

Приведенные графики показывают, что максимальная мощность во внешней цепи может быть достигнута при R=rи запишется Pmax=ε24r. Формула тока в цепи будет иметь вид Imax=12Iкз=ε2r, где КПД источника не превышает 50%. При I→может достигаться максимальное значение КПД, тогда сопротивление R→∞. При коротком замыкании значение мощности Р=. Тогда она только выделяется внутри источника, что грозит перегревом, причем КПД обращается в ноль.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

ЭДС электромагнитной индукции

29 августа 1831 года Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию – явление возникновения электрического тока при движении замкнутого проводящего контура в магнитном поле или при изменении в течение времени этого поля.

Фарадей в ходе эксперимента обнаружил, что возникающая ЭДС зависит от скорости изменения магнитного потока через поверхность замкнутого контура, но не зависит от причины этого изменения.

Eинд = — dФ / dt,

где Eинд – ЭДС индукции,

Ф – магнитный поток, измеряемый в веберах (Вб),

t – время.

Знак дифференциала d характеризует изменение величин, а минус перед отношением отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток, вызванный ЭДС индукции, направлен таким образом, чтобы противодействовать изменению магнитного потока.

Ток, возникающий от ЭДС

Электродвижущая сила источника тока на то и движущая сила, что электроны от нее начинают двигаться, если замкнуть электрическую цепь. Их к этому принуждает ЭДС, пользуясь своей неэлектрической «половиной» природы, которая не зависит, все-таки, от половины, связанной с электронами. Так как считается, что ток в цепи течет от плюса к минусу (такое определение направления было сделано раньше, чем все узнали, что электрон — отрицательная частица), то внутри прибора с ЭДС ток делает движение завершающее — от минуса к плюсу. И всегда рисуют у знака ЭДС, куда направлена стрелочка – +. Только в обоих случаях — и внутри ЭДС источника тока, и снаружи, то есть в потребляющей цепи, — мы имеем дело с электрическим током со всеми его обязательными свойствами. В проводниках ток наталкивается на их сопротивление. И здесь, в первой половине цикла, имеем сопротивление нагрузки, во второй, внутренней, — сопротивление источника или внутреннее сопротивление.

Внутренний процесс работает не мгновенно (хотя очень быстро), а с определенной интенсивностью. Он совершает работу по доставке зарядов от минуса к плюсу, и это тоже встречает сопротивление…

Работа электрической батарейки

Сопротивление это двоякого рода.

Внутреннее сопротивление работает против сил, разъединяющих заряды, оно имеет природу, «близкую» этим разъединяющим силам. По крайней мере, работает с ними в едином механизме. Например, кислота, отбирающая кислород у двуокиси свинца и замещающая его на ионы SO₄-, определенно испытывает некоторое химическое сопротивление. И это как раз и проявляется как работа внутреннего сопротивления аккумулятора.
Когда наружная (выходная) половина цепи не замкнута, появление все новых и новых электронов на одном из полюсов (и убывание их с другого полюса) вызывает усиление напряженности электростатического поля на полюсах аккумулятора и усиление отталкивания между электронами. Что позволяет системе «не идти вразнос» и остановиться на некотором состоянии насыщенности. Больше электронов из аккумулятора наружу не принимается. И это внешне выглядит как наличие постоянного электрического напряжения между клеммами аккумулятора, которое называется U_хх, напряжением холостого хода. И оно численно равно ЭДС — электродвижущей силе. Поэтому и единицей измерения ЭДС является вольт (в системе СИ).

Но если только подключить к аккумулятору нагрузку из проводников, имеющих отличное от нуля сопротивление, то немедленно потечет ток, сила которого определяется по закону Ома.

Померить внутреннее сопротивление источника ЭДС, казалось бы, можно. Стоит включить в цепь амперметр и шунтировать (закоротить) внешнее сопротивление. Однако внутреннее сопротивление настолько низко, что аккумулятор начнет разряжаться катастрофически, вырабатывая огромное количество теплоты, как на внешних закороченных проводниках, так и во внутреннем пространстве источника.

Однако можно поступить иначе:

Измерить E (помним, напряжение холостого хода, единица измерения — вольт).
Подключить в качестве нагрузки некоторый резистор и померить падение напряжения на нем. Вычислить ток I₁.
Вычислить значение внутреннего сопротивления источника ЭДС можно, воспользовавшись выражением для r

Иллюстрация

Обычно способность аккумулятора выдавать электроэнергию оценивается его энергетической «емкостью» в амперчасах. Но интересно было бы посмотреть, какой максимальный ток он может вырабатывать. Несмотря на то, что, быть может, электродвижущая сила источника тока заставит его взорваться. Так как идея устроить на нем короткое замыкание показалась не очень заманчивой, можно вычислить эту величину чисто теоретически. ЭДС равно U_хх. Просто нужно дорисовать график зависимости падения напряжения на резисторе от тока (следовательно, и от сопротивления нагрузки) до точки, в которой сопротивление нагрузки будет равно нулю. Это точка I_кз, пересечения красной линии с линией координаты I, в которой напряжение U стало нулевым, а все напряжение E источника будет падать на внутреннее сопротивление.

Часто кажущие простыми основные понятия не всегда бывает можно понять без привлечения примеров и аналогий. Что такое электродвижущая сила, и как она работает, можно представить, только рассмотрев множество ее проявлений. А стоит рассмотреть определение ЭДС, как оно дается солидными источниками посредством умных академических слов — и все начинай с начала: электродвижущая сила источника тока. Или просто выбей на стене золотыми буквами:

Надпись

Где используются разные виды ЭДС?

Пьезоэлектрическая применяется при растяжении или сжатии материала. С помощью нее изготавливают кварцевые генераторы энергии и разные датчики.
Химическая используется в гальванических элементах и аккумуляторах.
Индукционная появляется в момент пересечения проводником магнитного поля. Ее свойства применяют в трансформаторах, электрических двигателях, генераторах.
Термоэлектрическая образуется в момент нагрева контактов разнотипных металлов. Свое применение она нашла в холодильных установках и термопарах.
Фото электрическая используется для продуцирования фотоэлементов.

Определение и формула полезной мощности

Стоит рассмотреть понятие полезной мощности и формулу на примере электрической цепи. Та мощность, которую источник питания (ИП), в частности, тока, развивает в замкнутой цепи, будет полной мощностью.

Цепь включает в себя: источник тока, имеющий ЭДС (E), внешнюю цепь с нагрузкой R и внутреннюю цепь ИП, сопротивление которого R0. Формула полной (общей) мощности равна:

Здесь I – это значение тока, проходящего по цепи (А), а E – величина ЭДС (В).

Значит, формула примет вид:

Pобщ = E*I = (U + U0) *I = U*I + U0*I.

Видно, что значение произведения U*I равняется мощности, отдаваемой источником на нагрузке, и соответствует полезной мощности Pпол.

Величина, равная произведению U0*I, соответствует мощности, которая теряется внутри ИП на нагрев и преодоление внутреннего сопротивления R0. Это мощность потерь P0.

Подставляемые в формулу значения показывают, что сумма полезной и потерянной мощностей составляют общую мощность ИП:

Pобщ=Pпол+P0.

Важно!

При работе любого аппарата (механического или электрического) полезной мощностью будет та, которая останется для совершения нужной работы после преодоления факторов, вызывающих потери (нагрев, трение, противодействующие силы).

индукционный

ЭДС может возникать в электрическом, гравитационном или магнитном поле, а напряжение возникает только в электрическом поле.

Источник

В материалах по электротехнике и электронике часто можно встретить три физические величины, имеющие одну и ту же единицу измерения — Вольт: разность электрических потенциалов, электрическое напряжение и ЭДС — электродвижущая сила.

Чтобы раз и навсегда избавиться от путаницы в терминах, давайте разберемся, в чем же заключаются различия между этими тремя понятиями. Для этого подробно рассмотрим каждое из них по отдельности.

Разность электрических потенциалов

На сегодняшний день физикам известно, что источниками электрических полей являются электрические заряды или изменяющиеся магнитные поля. Когда же мы рассматриваем определенные точки А и В в электростатическом поле известной напряженности E, то можем тут же говорить и о разности электростатических потенциалов между двумя данными точками в текущий момент времени.

Эта разность потенциалов находится как интеграл электрической напряженности между точками А и В, расположенными в данном электрическом поле на определенном расстоянии друг от друга:

Практически такая характеристика как потенциал относится к одному электрическому заряду, который теоретически может быть неподвижно установлен в данную точку электростатического поля, и тогда величина электрического потенциала для этого заряда q будет равна отношению потенциальной энергии W (взаимодействия данного заряда с данным полем) к величине этого заряда:

Отсюда следует, что разность потенциалов оказывается численно равна отношению работы A (работа по сути — изменение потенциальной энергии заряда), совершаемой данным электростатическим полем при переносе рассматриваемого заряда q из точки поля 1 в точку поля 2, к величине данного пробного заряда q:

В этом и заключается практический смысл термина «разность потенциалов», применительно к электротехнике, электронике, и вообще — к электрическим явлениям.

И если мы говорим о какой-нибудь электрической цепи, то можем судить и о разности потенциалов между двумя точками такой цепи, если в ней в данный момент действует электростатическое поле, причем как раз потому, что рассматриваемые точки цепи будут находится одновременно и в электростатическом поле определенной напряженности.

Как было сказано выше, разность электрических потенциалов измеряется в вольтах (1 вольт = 1 Дж/1Кл).

Электростатическое поле — электрическое поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами. Для того, чтобы электрические заряды были неподвижны, на них не должны действовать силы в тех местах, где эти заряды могли бы двигаться. Но внутри проводников заряды могут свободно двигаться, поэтому при наличии электрического поля внутри проводников в них возникло бы движение зарядов (электрический ток).

Следовательно, заряды могут оставаться неподвижными только в том случае, если они создают такое поле, которое везде внутри проводников равно нулю, а на поверхности проводников направлено перпендикулярно к поверхности (т. к. иначе заряды двигались бы вдоль поверхности).

Для этого неподвижные заряды должны располагаться только по поверхности проводников и при том именно таким образом, чтобы электрическое поле внутри проводников было равно нулю, а на поверхности перпендикулярно к ней.

Все сказанное относится к случаю неподвижных зарядов. В случае движения зарядов, т. е. наличия токов в проводниках, в них должно существовать электрическое поле (т. к. иначе не могли бы течь токи) и, следовательно, движущиеся заряды располагаются в проводниках, вообще говоря, не так, как неподвижные, и создают электрические поля, отличные по своей конфигурации от электростатического поля. Но по своим свойствам электростатическое поле ничем не отличается от электрического поля движущихся зарядов.

Электрическое напряжение U

Теперь рассмотрим такое понятие как электрическое напряжение U между точками А и В в электрическом поле или в электрической цепи. Электрическим напряжением называется скалярная физическая величина, численно равная работе эффективного электрического поля (включая и сторонние поля!), совершаемой при переносе единичного электрического заряда из точки А в точку В.

Электрическое напряжение измеряется в вольтах, как и разность электрических потенциалов. В случае с напряжением принято считать, что перенос заряда не изменит распределения зарядов, являющихся источниками эффективного электростатического поля. И напряжение в этом случае будет складываться из работы электрических сил и работы сторонних сил.

Чему равно ЭДС индукции?

Для определения величины возникающей ЭДС рассмотрим контур помещенный в однородное магнитное поле с индукцией В, по данному контуру свободно может перемещаться проводник длиной l.

Возникновение ЭДС индукции в прямолинейном проводнике.

Под действием силы F проводник начинает двигаться со скоростью v. За некоторое время ∆t проводник пройдёт путь db. Таким образом, затрачиваемая работа на перемещение проводника составит

Так как проводник состоит из заряженных частиц – электронов и протонов, то они также движутся вместе с проводником. Как известно на движущуюся заряженную частицу действует сила Лоренца, которая перпендикулярна к направлению движения частицы и к вектору магнитной индукции В, то есть электроны начинают двигаться вдоль проводника приводя к возникновению электрического тока в нём.

Однако на проводник с током в магнитном поле действует некоторая сила F_т, которая в соответствии с правилом левой руки будет противоположна действию силы F, за счёт которой проводник движется. Так как проводник движется равномерно, то есть с постоянной скоростью, то силы F_т и F равны по абсолютному значению

где В – индукция магнитного поля,

I – сила тока в проводника, возникающая по действием ЭДС индукции,

l – длина проводника.

Так как путь db пройденный проводником зависит от скорости v и времени t, то работа, затрачиваемая на перемещения проводника, в магнитном поле составит

При перемещении проводника в магнитном поле практически вся затрачиваемая на эту работу механическая энергия переходит в электрическую энергию, то есть

Таким образом, преобразовав последнее выражение, получим значение ЭДС индукции при движении прямолинейного проводника в магнитном поле

где В – индукция магнитного поля,

l – длина проводника,

v – скорость перемещения проводника.

Данное выражение соответствует движению проводника перпендикулярно линиям магнитной индукции. Если происходит движение под некоторым углом к линиям магнитной индукции, то выражение приобретает вид

На практике достаточно трудно посчитать скорость перемещения проводника, поэтому преобразуем выражение к следующему виду

где dS – площадка, которую пересекает проводник при своём движении,

dΦ – магнитный поток пронизывающий площадку dS.

Таким образом, ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока, который пронизывает контур.

Для обозначения направления движения тока в контуре вводят знак «–», который указывает, что ток в контуре направлен против положительного обхода контура. Таким образом

Зачастую в магнитном поле движется контур, состоящий из множества витков провода, поэтому ЭДС индукции будет иметь вид

где w – количество витков в контуре,

dΨ = wdΦ – элементарное потокосцепление.

Перефразируя предыдущее определение, ЭДС индукции в контуре равна скорости изменения потокосцепления этого контура.

Закон Джоуля-Ленца

Дж. Джоуль и Э. Ленц установили закон преобразования работы тока в тепло.

Определение 2

Формула мощности электрического тока (измеряется в амперах) записывается в виде отношения изменения работы тока ΔAза определенный промежуток времени Δt

P=∆A∆t=UI=I2R=U2R.

Работа и мощность электрического тока обратно пропорциональны.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

По таблице СИ понятно, в чем измеряется мощность: в ваттах (ВТ), а работа в Джоулях (Дж).

Перейдем к рассмотрению полной цепи постоянного тока, которая состоит из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r на участке R. Запись основного закона Ома для полной цепи имеет вид (R + r)I=ε. При умножении обеих частей на Δq=IΔtполучаем, что соотношение для выражения сохранения энергии полной цепи постоянного тока запишется: R I2Δt+r I2Δt=ε IΔt=ΔAст. Из левой части видно, что ΔQ=R I2Δtобозначает выделяющееся тепло на внешнем участке за промежуток времени Δt, а ΔQист=rI2Δt – внутри источника за тот же время.

εIΔt – это обозначение работы сторонних сил ΔAст,действующих внутри. Если имеется замкнутая цепь, тогда ΔAстпереходит в тепло, которое выделяется во внешней цепи (ΔQ)и внутри источника (ΔQист).

ΔQ+ΔQист=ΔAст=εIΔt.

Формула мощности тока. Фактическая и номинальная мощность

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.

Формулы для активной мощности

P = U I — в цепях постоянного тока

P = U I cosθ — в однофазных цепях переменного тока

P = √3 U L I L cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 U Ph I Ph cosθ

P = √ (S 2 – Q 2) или

P =√ (ВА 2 – вар 2) или

Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2) или

кВт = √ (кВА 2 – квар 2)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Формулы для реактивной мощности

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2)

вар =√ (ВА 2 – P 2)

квар = √ (кВА 2 – кВт 2)

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности. 2/r.

Единицу измерения мощности получим, подставив в формулу единицы измерения напряжения и тока:

[P]=1 B∙1 A=1 BA.

Единица измерения электрической мощности, равная 1 ВА, называется ватом (Вт). Название вольт-ампер (ВА) используется в технике переменного тока, но только для измерения полной и реактивной мощности.

Единицы измерения электрической и механической мощности связаны следующими соотношениями:

1 Вт =1/9,81 кГ м/сек ≈1/10 кГ м/сек;

1 кГ м/сек =9,81 Вт ≈10 Вт;

1 л.с. =75 кГ м/сек =736 Вт;

1 кВт =102 кГ м/сек =1,36 л.с.

Если не учитывать неизбежных потерь энергии, то двигатель мощностью 1 кВт может перекачивать каждую секунду 102 л воды на высоту 1 м или 10,2 л воды на высоту 10 м.

Электрическая мощность .

Примеры

1. Нагревательный элемент электрической печи на мощность 500 Вт и напряжение 220 В выполнен из проволоки высокого сопротивления. Рассчитать сопротивление элемента и ток, который через него проходит (рис. 2/10000=48400/10000=4,84 Ом; I=P/U=10000/220=45,45 А.

Рис. 6.

7. Каково напряжение U на зажимах генератора, если при токе 110 А его мощность равна 12 кВт (рис. 7)?

Так как P=U∙I, то U=P/I=12000/110=109 В.

Рис. 7.

8. На схеме на рис. 8 показана работа электромагнитной токовой защиты. При определенном токе электромагнит ЭМ, который удерживается пружиной П, притянет якорь, разомкнет контакт К и разорвет цепь тока. В нашем примере токовая защита разрывает токовую цепь при токе I≥2 А. Сколько ламп по 25 Вт может быть одновременно включено при напряжении сети U=220 В, чтобы ограничитель не сработал?

Рис. 8.

Защита срабатывает при I=2 А, т. е. при мощности P=U∙I=220∙2=440 Вт.

Разделив общую мощность одной лампы, получим: 440/25=17,6.

Одновременно могут гореть 17 ламп.

9. Электрическая печь имеет три нагревательных элемента на мощность 500 Вт и напряжение 220 В, соединенных параллельно.

Каковы общее сопротивление, ток и мощность при работе печи (рис. 2/P=48400/75=645,3 Ом.

Ток I=P/U=75/220=0,34 А.

11. Плотина имеет перепад уровней воды h=4 м. Каждую секунду через трубопровод на турбину попадает 51 л воды. Какая механическая мощность превращается в генераторе в электрическую, если не учитывать потерь (рис. 11)?

Рис. 11.

Механическая мощность Pм=Q∙h=51 кГ/сек ∙4 м =204 кГ м/сек.

Отсюда электрическая мощность Pэ=Pм:102=204:102=2 кВт.

12. Какую мощность должен иметь двигатель насоса, перекачивающего каждую секунду 25,5 л воды с глубины 5 м в резервуар, расположенный на высоте З м? Потери не учитываются (рис. 12).

Рис. 12.

Общая высота подъема воды h=5+3=8 м.

Механическая мощность двигателя Pм=Q∙h=25,5∙8=204 кГ м/сек.

Электрическая мощность Pэ=Pм:102=204:102=2 кВт.

13. получает из водохранилища на одну турбину каждую секунду 4 м3 воды. Разница между уровнями воды в водохранилище и турбине h=20 м. Определить мощность одной турбины без учета потерь (рис. 2/40=1210 Ом.

Сопротивление холодной нити (при 20 °С) определим по формуле rt=r∙(1+α∙∆t),

откуда r=rt/(1+α∙∆t)=1210/(1+0,004∙(2500-20))=1210/10,92=118 Ом.

Через нить лампы в горячем состоянии проходит ток I=P/U=40/220=0,18 А.

Ток при включении равен: I=U/r=220/118=1,86 А.

При включении ток примерно в 10 раз больше, чем ток горячей лампы.

17. Каковы потери напряжения и мощности в медном контактном проводе электрифицированной железной дороги (рис. 16)?

Рис. 16.

Провод имеет сечение 95 мм2. Двигатель электропоезда потребляет ток 300 А на расстоянии 1,5 км от источника тока.

Потеря (падение) напряжения в линии между точками 1 и 2 Uп=I∙rп.

Сопротивление контактного провода rп=(ρ∙l)/S=0,0178∙1500/95=0,281 Ом.

Падение напряжения в контактном проводе Uп=300∙0,281=84,3 В.

Напряжение Uд на зажимах двигателя Д будет на 84,3 В меньше, чем напряжение U на зажимах источника Г.

Падение напряжения в контактном проводе во время движения электропоезда меняется. Чем дальше электропоезд удаляется от источника тока, тем длиннее линия, а значит, больше ее сопротивление и падение напряжения в ней. Ток по рельсам возвращается к заземленному источнику Г. Сопротивление рельсов и земли практически равно нулю.

Мощность электрического тока – скорость выполняемой цепью работы. Простое определение, морока с пониманием. Мощность подразделяется на активную, реактивную. И начинается…

Работа электрического тока, мощность

При движении заряда по проводнику поле выполняет над ним работу. Величина характеризуется напряжением, в отличие от напряженности в свободном пространстве. Заряды двигаются в сторону убывания потенциалов, для поддержания процесса требуется источник энергии. Напряжение численно равно работе поля при перемещении на участке единичного заряда (1 Кл). В ходе взаимодействий электрическая энергия переходит в другие виды. Поэтому необходим ввод универсальной единицы, физической свободно конвертируемой валюты. В организме мерой выступает АТФ, электричестве — работа поля.

Электрическая дуга

На схеме момент превращения энергии отображается в виде источников ЭДС. Если у генераторов направлены в одну сторону, у потребителя – обязательно в другую. Наглядным фактом отражается процесс расхода мощности, отбора у источников энергии. ЭДС несет обратный знак, часто называется противо-ЭДС. Избегайте путать понятие с явлением, возникающим в индуктивностях при выключении питания. Противо-ЭДС означает переход электрической энергии в химическую, механическую, световую.

Потребитель хочет выполнить работу за некоторую единицу времени. Очевидно, газонокосильщик не намерен ждать зимы, надеется управиться к обеду. Мощность источника должна обеспечить заданную скорость выполнения. Работу осуществляет электрический ток, следовательно, понятие также относится. Мощность бывает активной, реактивной, полезной и мощностью потерь. Участки, обозначаемые физическими схемами сопротивлениями, на практике вредны, являются издержками. На резисторах проводников выделяется тепло, эффект Джоуля-Ленца ведет к лишнему расходу мощности. Исключением назовем нагревательные приборы, где явление желательно.

Полезная работа на физических схемах обозначается противо-ЭДС (обычный источник с обратным генератору направлением). Для мощности имеется несколько аналитических выражений. Иногда удобно использовать одно, в других случаях – иное (см. рис.):

Выражения мощности тока

Мощность – скорость выполнения работы.
Мощность равна произведению напряжения на ток.
Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна произведению сопротивления на квадрат тока.
Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна отношению квадрата напряжения к сопротивлению.

Запасшемуся токовыми клещами проще использовать вторую формулу. Вне зависимости от характера нагрузки посчитаем мощность. Только активную. Мощность определена многими факторами, включая температуру. Под номинальным для прибора значением понимаем, развиваемое в установившемся режиме. Для нагревателей следует применять третью, четвертую формулу. Мощность зависит целиком и полностью от параметров питающей сети. Предназначенные для работы со 110 вольт переменного тока в европейских условиях быстро сгорят.

Трехфазные цепи

Новичкам трехфазные цепи представляются сложными, на деле это более элегантное техническое решение. Даже электричество домом поставляют тремя линиями. Внутри подъезда делят по квартирам. Больше смущает то, что некоторые приборы на три фазы лишены заземления, нулевого провода. Схемы с изолированной нейтралью. Нулевой провод не нужен, ток возвращается источнику по фазным линиям. Разумеется, нагрузка здесь на каждую жилу повышенная. Требования ПУЭ отдельно оговаривают род сети. Для трехфазных схем вводятся следующие понятия, о которых нужно иметь представление, чтобы правильно посчитать мощность:

Трехфазная цепь с изолированной нейтралью

Фазным напряжением, током называют, соответственно, разницу потенциалов и скорость передвижения заряда меж фазой и нейтралью. Понятно, в оговоренном выше случае с полной изоляцией формулы будут недействительны. Поскольку нейтрали нет.
Линейным напряжением, током называют, соответственно, разницу потенциалов или скорость перемещения заряда меж любыми двумя фазами. Номера понятны из контекста. Когда говорят о сетях 400 вольт, подразумевают три провода, разница потенциалов с нейтралью равна 230 вольт. Линейное напряжение выше фазного.

Меж напряжением и током существует сдвиг фаз. О чем умалчивает школьная физика. Фазы совпадают, если нагрузка 100% активная (простые резисторы). Иначе появляется сдвиг. В индуктивности ток отстает от напряжения на 90 градусов, в емкости — опережает. Простая истина легко запоминается следующим образом (плавно подходим к реактивной мощности). Мнимая часть сопротивления индуктивности составляет jωL, где ω – круговая частота, равная обычной (в Гц), помноженной на 2 числа Пи; j – оператор, обозначающий направление вектора. Теперь пишем закон Ома: U = I R = I jωL.

Из равенства видно: напряжение нужно отложить вверх на 90 градусов при построении диаграммы, ток останется на оси абсцисс (горизонтальная ось Х). Вращение по правилам радиотехники происходит против часовой стрелки. Теперь очевиден факт: ток отстает на 90 градусов. По аналогии проведем сравнение для конденсатора. Сопротивление переменному току в мнимой форме выглядит так: -j/ωL, знак указывает: откладывать напряжение нужно будет вниз, перпендикулярно оси абсцисс. Следовательно, ток опережает по фазе на 90 градусов.

В реальности параллельно с мнимой частью присутствует действительная – называют активным сопротивлением. Проволока катушки представлена резистором, будучи свитой, приобретает индуктивные свойства. Поэтому реальный угол фаз будет не 90 градусов, немного меньше.

А теперь можно переходить к формулам мощности тока трехфазных цепей. Здесь линия формирует сдвиг фаз. Меж напряжением и током, и относительно другой линии. Согласитесь, без заботливо изложенных авторами знания факт нельзя осознать. Меж линиями промышленной трехфазной сети сдвиг 120 градусов (полный оборот – 360 градусов). Обеспечит равномерность вращения поля в двигателях, для рядовых потребителей безразличен. Так удобнее генераторам ГЭС – нагрузка сбалансированная. Сдвиг идет меж линиями, в каждой ток опережает напряжение или отстает:

Если линия симметричная, сдвиги меж любыми фазами по току составляют 120 градусов, формула получается предельно простой. Но! Если нагрузка симметрична. Посмотрим изображение: фаза ф не 120 градусов, характеризует сдвиг меж напряжением и током каждой линии. Предполагается, включили двигатель с тремя равноценными обмотками, получается такой результат. Если нагрузка несимметрична, потрудитесь провести вычисления для каждой линии отдельно, затем сложить результаты воедино для получения общей мощности тока.
Вторая группа формул приведена для трехфазных цепей с изолированной нейтралью. Предполагается, ток одной линии утекает по другой. Нейтраль отсутствует за ненадобностью. Поэтому напряжения берутся не фазные (не от чего отсчитывать), как предыдущей формулой, а линейные. Соответственно, цифры показывают, какой параметр следует взять. Повремените пугаться греческих букв – фазы меж двумя перемножаемыми параметрами. Цифры меняются местами (1,2 или 2,1), чтобы правильно учесть знак.
В асимметричной цепи вновь появляются фазные напряжение, ток. Здесь расчет ведется отдельно для каждой линии. Никаких вариантов нет.

На практике измерить мощность тока

Намекнули, можно воспользоваться токовыми клещами. Прибор позволит определить крейсерские параметры дрели. Разгон можно засечь только при многократных опытах, процесс чрезвычайно быстрый, частота смены индикации не выше 3-х раз в секунду. Токовые клещи демонстрируют погрешность. Практика показывает: достичь погрешности, указанной в паспорте, сложно.

Чаще для оценки мощности используют счетчики (для выплат компаниям-поставщикам), ваттметры (для личных и рабочих целей). Стрелочный прибор содержит пару неподвижных катушек, по которым течет ток цепи, подвижную рамку, для заведения напряжения путем параллельного включения нагрузки. Конструкция рассчитана сразу реализовать формулу полной мощности (см. рис.). Ток умножается на напряжение и некий коэффициент, учитывающий градуировку шкалы, также на косинус сдвига фаз между параметрами. Как говорили выше, сдвиг умещается в пределах 90 — минус 90 градусов, следовательно, косинус положителен, крутящий момент стрелки направлен в одну сторону.

Отсутствует возможность сказать индуктивная ли нагрузка или емкостная. Зато при неправильном включении в цепь показания будут отрицательными (завал набок). Произойдет аналогичное событие, если потребитель вдруг станет отдавать мощность обратно нагрузке (бывает такое). В современных приборах происходит нечто подобное же, вычисления ведет электронный модуль, интегрирующий расход энергии, либо считывающий показания мощности. Вместо стрелки присутствует электронный индикатор и множество других полезных опций.

Особые проблемы вызывают измерения в асимметричных цепях с изолированной нейтралью, где нельзя прямо складывать мощности каждой линии. Ваттметры делятся принципом действия:

Электродинамические. Описаны разделом. Состоят из одной подвижной, двух неподвижных катушек.
Ферродинамические. Напоминает двигатель с расщепленным полюсом (shaded-pole motor).
С квадратором. Используется амплитудно-частотная характеристика нелинейного элемента (например, диода), напоминающая параболу, для возведения электрической величины в квадрат (используется в вычислениях).
С датчиком Холла. Если индукцию сделать при помощи катушки пропорциональной напряжению магнитного поля в сенсоре, подать ток, ЭДС будет результатом умножения двух величин. Искомая величина.
Компараторы. Постепенно повышает опорный сигнал, пока не будет достигнуто равенство. Цифровые приборы достигают высокой точности.

В цепях с сильным сдвигом фаз для оценки потерь применяется синусный ваттметр. Конструкция схожа с рассмотренной, пространственное положение таково, что вычисляется реактивная мощность (см. рис.). В этом случае произведение тока и напряжения домножим на синус угла сдвига фаз. Реактивную мощность измерим обычным (активным) ваттметром. Имеется несколько методик. Например, в трехфазной симметричной цепи нужно последовательную обмотку включить в одну линию, параллельную – в две другие. Затем производятся вычисления: показания прибора умножаются на корень из трех (с учетом, что на индикаторе произведение тока, напряжения и синуса угла между ними).

Для трехфазной цепи с простой асимметрией задача усложняется. На рисунке показана методика двух ваттметров (ферродинамических или электродинамических). Начала обмоток указаны звездочками. Ток проходит через последовательные, напряжение с двух фаз подается на параллельную (одно через резистор). Алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров складывается, умножается на корень из трех для получения значения реактивной мощности.

Прохождение электрического тока через любую проводящую среду объясняется наличием в ней некоторого количества носителей заряда: электронов – для металлов, ионов – в жидкостях и газах. Как найти её величину, определяет физика силы тока.

В спокойном состоянии носители движутся хаотично, но при воздействии на них электрического поля движение становится упорядоченным, определяемым ориентацией этого поля – возникает сила тока в проводнике. Количество носителей, участвующих в переносе заряда, определяется физической величиной – силой тока.

От концентрации и заряда частиц-носителей, или количества электричества, напрямую зависит сила тока, проходящего через проводник. Если принять во внимание время, в течение которого это происходит, тогда узнать, что такое сила тока, и как она зависит от заряда, можно, используя соотношение:

Входящие в формулу величины:

I – сила электрического тока, единицей измерения является ампер, входит в семь основных единиц системы Си. Понятие «электрический ток» ввёл Андре Ампер, единица названа в честь этого французского физика. В настоящее время определяется как ток, вызывающий силу взаимодействия 2×10-7 ньютона между двумя параллельными проводниками, при расстоянии 1 метр между ними;
Величина электрического заряда, применённая здесь для характеристики силы тока, является производной единицей, измеряется в кулонах. Один кулон – это заряд, проходящий через проводник за 1 секунду при токе 1 ампер;
Время в секундах.

Сила тока через заряд может вычисляться с применением данных о скорости и концентрации частиц, угла их движения, площади проводника:

I = (qnv)cosαS.

Также используется интегрирование по площади поверхности и сечению проводника.

Определение силы тока с использованием величины заряда применяется в специальных областях физических исследований, в обычной практике не используется.

Связь между электрическими величинами устанавливается законом Ома, который указывает на соответствие силы тока напряжению и сопротивлению:

Сила электрического тока здесь как отношение напряжения в электрической цепи к её сопротивлению, эти формулы используются во всех областях электротехники и электроники. Они верны для постоянного тока с резистивной нагрузкой.

В случае косвенного расчета для переменного тока следует учитывать, что измеряется и указывается среднеквадратичное (действующее) значение переменного напряжения, которое меньше амплитудного в 1,41 раза, следовательно, максимальная сила тока в цепи будет больше во столько же раз.

При индуктивном или емкостном характере нагрузки вычисляется комплексное сопротивление для определённых частот – найти силу тока для такого рода нагрузок, используя значение активного сопротивления постоянному току, невозможно.

Так, сопротивление конденсатора постоянному току практически бесконечно, а для переменного:

Здесь RC – сопротивление того же конденсатора ёмкостью С, на частоте F, которое во многом зависит от его свойств, сопротивления разных типов ёмкостей для одной частоты значительно различаются. В таких цепях сила тока по формуле, как правило, не определяется – используются различные измерительные приборы.

Для нахождения значения силы тока при известных значениях мощности и напряжения, применяются элементарные преобразования закона Ома:

Тут сила тока – в амперах, сопротивление – в омах, мощность – в вольт-амперах.

Электрический ток имеет свойство разделяться по разным участкам цепи. Если их сопротивления различны, то и сила тока будет разной на любом из них, так находим общий ток цепи.

Электрическая энергия является наиболее распространенным видом энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации. Она нашла широкое применение в быту и во всех отраслях народного хозяйства. Трудно перечислить все наименования электробытовых приборов: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, телевизоры, магнитофоны, осветительные приборы и т.д. Нельзя представить промышленность без электрической энергии. В сельском хозяйстве применение электричества непрерывно расширяется: кормление и поение животных, уход за ними, отопление и вентиляция, инкубаторы, калориферы, сушилки и т.д.

Электрический ток и его мощность

Современная наука еще не может до конца объяснить природу электричества. Нам, впрочем, вполне достаточно представления о том, что электрический ток — это направленное движение электронов в проводнике. И что этот самый ток может совершать работу, например, вращать электродвигатель, нагревать электроплитку, давать свет. Эта работа является следствием того, что под действием электрического поля происходит перенос, перемещение электронов в проводнике, что тоже означает совершение некоторой работы.

Как вы помните, электрический ток характеризуется двумя основными параметрами: напряжением и силой тока.

Напряжение есть разность потенциалов между двумя полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи.
Сила тока — это количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды.

Легко заметить, что оба термина «напряжение» и «сила тока» не являются первичными, они определяются через другие понятия, в данном случае — «потенциал» и «количество электричества». Но мы снова не будем углубляться в физические теории, ограничившись приведенными определениями, приняв их за первичные. В конце концов, нам важно только научиться применять эти понятия на практике.

Вы, конечно, знаете еще со школы, напряжение принято обозначать буквой U и единицей измерения напряжения является вольт (В). Сила тока измеряется в амперах (А) и обозначается латинской буквой I.

Как уже было сказано в предыдущей статье , способность производить работу характеризуется величиной, которая называется энергией. А отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени называется мощностью. Поскольку ток тоже может совершать работу, понятие мощности применимо и в этом случае.

Мощность постоянного электрического тока обозначается буквой P и вычисляется по формуле P=U*I, то есть является произведением напряжения на силу тока. То есть чем больше напряжение и сила тока, тем больше совершается работы в единицу времени, то есть больше мощность электрического тока. Мы не будем заниматься выяснением того, почему это именно так, примем это утверждение на веру (оно обосновано в физике и вы можете при желании найти это обоснование).

Единицей электрической мощности является ватт (Вт).

Один ватт — это мощность, которую развивает электрический ток величиной в один ампер при напряжении в один вольт.

Более крупными единицами мощности являются:

1 киловатт (кВт) = 1000 Вт.
1 мега ватт (МВт) = 1000 кВт.

Более мелкие единицы:

1 милливатт (мвт) = 10 -3 Вт;
1 микроватт (мквт) = 10 -6 Вт.

Мощность будет нам встречаться при оценке солнечных батарей, ветро-генераторов и других устройств, способных производить электрический ток.

Электрическая цепь

Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Электрические цепи подразделяют на линейные и нелинейные. Линейные цепи — это такие, которые состоят только из линейных элементов — проводников, сопротивлений, конденсаторов, катушек индуктивности без ферромагнитных сердечников. У линейных элементов электрическое сопротивление постоянно и ток находится в прямо пропорциональной зависимости по отношению к напряжению, что выражается известным законом Ома:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи,

Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Величину R принято называть электрическим сопротивлением. В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А. Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными.

Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры. То есть большинство реальных электрических цепей являются нелинейными.

Нелинейные цепи содержат элементы, электрическое сопротивление которых существенно зависит от тока или напряжения, в результате чего ток не находится в прямо пропорциональной зависимости по отношению к напряжению. Зависимость тока от напряжения в нелинейных цепях выражается так называемой вольт-амперной характеристикой, получаемой экспериментально и изображаемой некоторым графиком в системе координат «ток-напряжение».

Нелинейные элементы (усилители, генераторы и т.п.) придают электрическим цепям свойства, недостижимые в линейных цепях (стабилизация напряжения или тока, усиление постоянного тока и др.).

Мощность переменного тока

Закон Ома в той форме, как он был сформулирован ваше (I=U/R), справедлив только для цепей постоянного тока. Следовательно и формула мощности тока P=I*U, тоже действует только для цепей постоянного тока. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом вида P+i*Q. При этом его действительная часть называется активной мощностью, мнимая часть реактивной мощностью.

Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока

Единицей измерения активной мощности является по прежнему ватт, а единицей измерения реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (VAr, ВАр, вар).

Но практическое значение имеет полная мощность, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии.

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S=U*I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: S = sqrt , где P — активная мощность, Q — реактивная мощность, sqrt — символ квадратного корня.

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (V·A, В·А).

Что такое электрическая мощность и как она рассчитывается?

Содержание

Определение электрической мощности
Формулы для расчета электрической мощности, узнайте, как это сделать
- Формула для мощности постоянного тока
- Формула для переменной мощности
Электроэнергия в счете за электроэнергию

Когда мы говорим об электроэнергии, одним из наиболее часто используемых понятий является электрическая мощность . На самом деле, это фиксированный срок, который по существу включает в себя наш счет за электроэнергию. В этой статье мы объясним, из чего именно он состоит и как его можно рассчитать.

Определение электрической мощности

Электрическая мощность – это скорость передачи электрической энергии в единицу времени в электрической цепи. Проще говоря, можно рассматривать как количество энергии, потребляемой или генерируемой элементом в данный момент времени .

Например, мы можем сказать, что электрическая лампочка имеет мощность 12 Вт и, таким образом, указать, что, когда она работает, она потребляет такое количество энергии в определенное время.

В домашнем хозяйстве, где максимальная мощность по контракту составляет 5 кВт, это максимальная мощность, которую можно использовать. Это означает, что приготовление пищи на плите (2,2 кВт), работа стиральной машины (1,5 кВт), холодильника (0,25 кВт) и отопление (1 кВт) дадут в сумме 4,75 кВт. Если в этот момент включить микроволновку (0,9кВт), электричество «отключится».

Формулы для расчета электрической мощности, узнайте, как это сделать

По определению мы можем сделать вывод, что мощность рассчитывается как электрический заряд, проходящий за ограниченное время через разность потенциалов .

Обычно мощность электроприбора определяется как произведение напряжения, к которому он подключен (В), и силы тока, проходящего через него (I), при этом P = V * I, несомненно, является наиболее известным версия электроэнергетики.

Принимая во внимание:

Q электрический заряд, измеряемый в кулонах
t время в секундах
V разность потенциалов или напряжение, измеряемое в вольтах
I электрический ток в амперах

Формула мощности постоянного тока

Формула расчета электрической мощности в цепях с постоянным током такая же, как и в предыдущем пункте. Также, если рассматривает резистивную цепь, можно применить закон Ома (V = I * R) для получения альтернативных уравнений:

Где R — электрическое сопротивление.

Например, устройство, работающее при напряжении 24 В и протекающем через него токе 10 мА (миллиампер), можно рассчитать следующим образом:

P=VI=24·0’01=0,24 Вт

Формула для электрической мощности переменного тока

В этом случае индуктивные и емкостные элементы цепей создают временную задержку между напряжением и током. По этой причине необходимо учитывать среднеквадратичное значение обеих величин.

Для переменного тока напряжение будет на одной стороне:

С пиковым значением Vp и частотой f, типичными значениями являются 230 В и 50 Гц, если рассматривать бытовую сеть.

Ток на другой стороне:

Где максимальное значение (Ip), частота (f) и фазовый сдвиг (φ) вводятся реактивными элементами.

Формула для электрической мощности переменного тока будет следующей:

Немного прибегнув к тригонометрии и заменив пиковые значения среднеквадратичными значениями, получим следующее:

Где есть первый постоянный член, который — активная мощность, а второй переменный член.

Например, рассматривая линейную нагрузку (где (φ) совпадает с коэффициентом мощности), можно рассчитать активную мощность, развиваемую устройством, работающим при однофазном напряжении 220 В переменного тока, циркулирующем токе 15 А и имеющем коэффициент мощности 0,9.как:

P=220·15·0’9=2970Вт=2’97кВт

Как измеряется электрическая мощность

Увидев, как производятся расчеты электрической мощности, мы теперь обсудим, как она измеряется в реальных ситуациях , где расчеты не могут или не должны выполняться.

Для измерения мощности используйте так называемый ваттметр.

Ваттметр

Ваттметр, цифровой или аналоговый, — это устройство для измерения мощности в данной цепи . В аналоговом варианте они состоят из двух неподвижных катушек (амперметров), измеряющих силу тока, и подвижной катушки (вольтметра), измеряющей напряжение. Катушки тока соединены последовательно, а катушки напряжения параллельно.

Более новые цифровые версии измеряют напряжение и ток несколько раз в секунду и вычисляют мощность по среднему значению . Вы можете найти счетчики электроэнергии в нашем интернет-магазине. Подключив его между любым прибором и сетью, вы сможете узнать потребление.

Электрическая мощность в счете за электроэнергию

Как упоминалось в других случаях, контрактная мощность – это максимальная мощность, которую можно использовать одновременно. Это одна из постоянных составляющих счета и одна из первых вещей, которую необходимо отрегулировать в соответствии с вашими реальными потребностями, если вы хотите сэкономить на электроэнергии.

Теперь вы знаете немного больше об электрической мощности и о том, как она рассчитывается как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Электроэнергия: определение, формула и единица измерения

Электричество правит миром вокруг нас. Благодаря открытию Николой Теслой переменного тока (AC) дома по всему миру получают электричество. Итак, какое отношение электрическая мощность имеет к электричеству, питающему наши приборы? Эта статья даст вам подробное объяснение определения мощности, ее уравнений и ее свойств. Мы также изучим взаимосвязь между мощностью, током, напряжением и другими величинами. Приятного обучения!

Определение электрической мощности

Электрическая мощность определяется как электрическая энергия, передаваемая по цепи в единицу времени.

Единицей электрической мощности является ватт () и обозначается символом . Часто измеряется в .

Номинальная мощность, которую мы видим в наших бытовых приборах, определяет, сколько энергии передается из сети для питания устройства. Зарядное устройство для мобильного телефона имеет номинальную мощность в диапазоне Ом. Это означает, что зарядное устройство потребляет от сети или Джоулей в секунду. Электрический чайник, с другой стороны, имеет номинальную мощность 9.0025 . То есть количество джоулей в секунду, умноженное на мощность, потребляемую зарядным устройством! Это делает его использование более дорогим, чем обычное мобильное зарядное устройство. Давайте теперь посмотрим, как рассчитать мощность, используя потребляемый ток и напряжение.

Факторы электрической мощности

Электрическая мощность, используемая электрическим компонентом, зависит от двух основных факторов. Вот эти коэффициенты:

Ток, проходящий через компонент.
Разность потенциалов/напряжение на двух концах компонента

Увеличение любой из этих переменных пропорционально увеличивает мощность. Это можно сформулировать как уравнение для мощности в терминах этих двух переменных, которые мы продемонстрируем в следующем разделе этого объяснения.

Формула электрической мощности

Электрическая мощность, передаваемая электрическому компоненту в цепи, может быть рассчитана с использованием формулы электрической мощности:

Или прописью:

где электрическая мощность, разность потенциалов на компоненте и ток, проходящий через компонент.

Электрическую мощность также можно рассчитать, зная ток и сопротивление, используя следующую формулу:

, где сопротивление электрического компонента.

Следовательно, электроэнергию можно определить как энергию, передаваемую при протекании тока через разность потенциалов.

Единица электрической мощности

Электрическая мощность, как и все другие формы энергии, является мерой скорости во времени, с которой энергия передается объекту или от объекта или, в более общем смысле, некоторой физической системе. Поэтому мы ожидаем, что электрическая мощность будет измеряться в джоулях в секунду, что соответствует ватту.

В качестве примера представьте, что у нас есть лампа, для которой требуется лампа накаливания. Номинальная мощность указывает на то, что общая энергия, используемая лампочкой за одну секунду, как в виде световой энергии, так и в виде потерянной тепловой энергии, равна .

Треугольник электрической мощности

Треугольник электрической мощности — это простой способ запомнить приведенное выше уравнение. Эту формулу можно изменить с помощью треугольника электрической мощности, показанного ниже.

Электрическая мощность Треугольник электрической мощности, StudySmarter Originals

Мы можем вывести вторую формулу электрической мощности, используя закон Ома. Уравнение для закона Ома имеет вид

. Мы можем подставить значение разности потенциалов в уравнение для мощности.

или прописью

Давайте рассмотрим несколько примеров, где мы рассчитываем мощность:

Устройство питается от сети, рассчитайте номинальную мощность динамика.

Шаг 1: Перечислите указанные количества

Шаг 2: Выберите правильное уравнение для расчета мощности

У нас есть значения тока и сопротивления, мы можем использовать следующее уравнение

Итак, мощность, потребляемая устройством.

Рассчитайте разность потенциалов через электродвигатель с током и электрической мощностью.

Шаг 1: Перечислите данные величины

Шаг 2: Выберите правильное уравнение для расчета разности потенциалов

У нас есть значения тока и сопротивления, мы можем использовать следующее уравнение

Итак, разность потенциалов на электродвигателе равна.

Рассчитайте мощность, передаваемую при прохождении тока через проводник с сопротивлением.

Шаг 1: Перечислите указанные величины

Шаг 2: Выберите правильное уравнение для расчета мощности

У нас есть значения тока и сопротивления, мы можем использовать следующее уравнение

Мощность передается.

Передача энергии

При заданном значении тока потребляемая мощность увеличивается с увеличением разности потенциалов. Величина потребляемой мощности зависит как от тока, так и от разности потенциалов. Следовательно, электроэнергия может поставляться в одном и том же количестве с использованием различных комбинаций разности потенциалов и силы тока.

Слаботочный с высоким напряжением
Сильноточный с низким напряжением

Предупреждающие знаки за пределами электростанций указывают на то, что присутствующие напряжения опасны для человека и могут нанести серьезный вред в виде поражения электрическим током, StudySmarter

Недостатком использования высокого тока при низкой разности потенциалов является эффект нагрева. При прохождении через провода больших значений тока они нагреваются до высоких температур, что сокращает срок службы проводов. Эффект нагрева плох, так как снижает эффективность электрического устройства. Это связано с тем, что часть передаваемой энергии преобразуется в тепло. По этой причине высокие мощности по сети передаются при высоких напряжениях с малыми токами.

Эффект нагрева обусловлен прохождением тока через резистор. Выделяемое тепло прямо пропорционально сопротивлению провода или устройства. Когда ток проходит через проводник, он преодолевает сопротивление провода, работа, совершаемая против сопротивления, превращается в тепло.

Электроэнергия – основные выводы

Электроэнергия определяется как электрическая энергия, передаваемая по цепи в единицу времени.
Электрическая мощность или электрическая энергия, передаваемая по цепи, может быть рассчитана по формуле электрической мощности
Электрическая мощность также может быть рассчитана с помощью уравнения
Недостатком использования большой силы тока при низком напряжении является эффект нагрева. Когда через провод проходят большие значения тока, они нагреваются до высоких температур, что сокращает срок службы проводов, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание и потерям энергии.
Высокие мощности по сети передаются в виде высокого напряжения с малым током.

Формула электроэнергии: вывод, Формула энергии энергии

Жасмин Гровер

Старший специалист по контенту | Обновлено 15 июля 2022 г.

Электроэнергия измеряет скорость передачи электроэнергии по электрической цепи в единицу времени. Обычно производится электрическими генераторами или питается от электрических батарей . Мощность обозначается буквой «P», а ее единицей СИ является ватт. Электрическая мощность может быть рассчитана по формуле электрической мощности P = VI.

Table of Contents

Electrical Power Formula
Electric Power: Solved Examples
Power Energy Formula
Derivation of Electric Power
Things to Remember
Sample Вопросы

Ключевые термины:- Электрическая мощность, Закон Ома, Электрическая энергия, Ватт, Напряжение, Заряд, Сопротивление.

Формула электрической мощности

[Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

Формула электрической мощности была получена из закона Ома. Он связывает время, напряжение и заряд. Формула для электроэнергии:

P = IV

по закону OHM, она также может быть написана как:

P = I ² R

или

P = V ² или

P = V ^{2 /R}

Где,

P = Электроэнергия
I = Электрический ток
R = Сопротивление
В = Напряжение или разность потенциалов Рассчитайте электрическую мощность цепи, сила тока которой равна 3 ампера, а напряжение равно 10 вольтам.
Ответ. Здесь Ток в цепи = I = 3 А
Разность потенциалов в цепи = V = 10 вольт
По формуле электрической мощности
P = IV
P = 3 * 10
P = 30 Вт
Отсюда мощность, потребляемая в цепи, равна 30 Вт.
Вопросы. Аккумулятору для радио требуется 12 В для нормальной работы. Владелец играет на нем песню, которая требует дополнительного тока 0,9 Ампер. Узнайте мощность, потребляемую в связи с этим.
Ответ. Здесь Ток в цепи = I = 0,9 А
Разность потенциалов в цепи = V = 12 вольт
По формуле электрической мощности
P = IV
P = 0,9 * 12
P = 10,8 Вт
Отсюда мощность, потребляемая в радиобатарейке, равна 10,8 Вт.
Вопросы. В резисторе, устойчивом к нагреву, приложена разность потенциалов 24 вольта. Мощность производства тепловой энергии составляет 16 Вт. Каково будет значение сопротивления?
Ответ. Здесь
Разность потенциалов по цепи = V = 24 вольта
Мощность, потребляемая в резисторе = P = 16 Вт
По формуле электрической мощности,
P = V ² /R -> R = V ² /P
R = 24 * 24 / 16
R = 36 Ом
Следовательно, сопротивление резистора равно 36 Ом
Формула энергии мощности Элемент электрической цепи бывает положительным и отрицательным периодически через некоторый интервал времени, в зависимости от знака интеграла мощности.
Если мощность постоянна в течение временного интервала, потребляемая мощность может быть выражена как:
E = PT
P = \ (E \ Over T \)
Где,
E = энергия, произведенная
P = Потребление энергии
T = период времени
9002 9006
T = период времени

9002 55. Электрическая мощность
Вычисление электрической мощности
[Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]
Мощность – это скорость выполнения работы, аналогичная – электрическая мощность, которая соответствует скорости передачи электроэнергии. Электрическая энергия получается из кинетической энергии заряженных частиц или потенциальной энергии.
Получение электроэнергии
Электролитическая батарея имеет две клеммы, а именно анод и катод, положительную и отрицательную клеммы.
Разность потенциалов, возникающая на двух клеммах из-за потока электронов, называется ЭДС (электродвижущей силой) или напряжением, простыми словами.
Предположим, что электролитическая батарея с двумя клеммами A и B имеет напряжение V1 и V2 на клеммах A и B соответственно.
Разность потенциалов между обеими клеммами: V = abs (V ₁ -V ₂ )
Поскольку это арифметическая разность между напряжениями , она всегда является положительной величиной, большей нуля.
Получение электроэнергии
Электрический ток представляет собой поток электронов или электрических зарядов. Электрический ток есть не что иное, как скорость протекания электрических зарядов в определенной площади поперечного сечения. Кинетическая энергия сохраняющейся частицы запасается в виде потенциальной энергии. Пусть потенциальная энергия заряда q на клемме А равна qV ₁, а потенциальная энергия заряда q на клемме B будет равна qV ₂ . Таким образом, IS:
Общее изменение энергии системы
ΔU = конечная потенциальная энергия — начальная потенциальная энергия
ΔU = ΔQ (V ₂ — V ₁)
— V ₁) -IΔt V (так как I = Δq/Δt)
Если учесть полную кинетическую энергию системы, то она изменится, если заряды внутри любого проводника будут двигаться без столкновений. Это в основном для сохранения полной энергии системы. По закону сохранения энергии можно сказать:
U = Кинетическая энергия
Кинетическая энергия = -IVΔt > 0
Таким образом, когда заряды свободно перемещаются по любому проводнику в электрическом поле, наблюдается постепенная энергия в кинетической энергии.
При столкновении зарядов общая полученная энергия распределяется между всеми атомами. Эта полученная энергия увеличивает вибрацию атомов внутри проводника, и это нагревает проводник. Следовательно, в этом процессе часть энергии рассеивается от проводника в виде тепла.
Что следует помнить
Электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая энергия передается по электрической цепи.
Обозначается буквой P.
Единицей мощности в системе СИ является Ватт.
Формулы для мощности могут быть определены как: P = IV Или P = I ² R Или P = V ² /R
Говорят, что один ватт мощности потребляется, если один джоуль электрическая энергия течет за одну секунду.
Коммерческая единица мощности – кВтч.
Преобразование электроэнергии: 1 кВтч = 36 x 105 Вт или Дж
Примеры вопросов
Вопросы. Как проще всего рассчитать электрическую мощность цепи? (2 балла)
Ответ. Электрическая мощность есть не что иное, как скорость передачи электрической энергии в электрической цепи в единицу времени. Электрическая мощность легко рассчитывается по формуле P = IV. где P — потребляемая мощность, I — ток, протекающий через цепь, а V — приложенная разность потенциалов.
Вопрос. Какова формула электрической энергии? (2 балла)
Ответ. Электроэнергию можно рассчитать по формуле P = VI, где P обозначает мощность, V – разность потенциалов, а I – электрический ток.
Вопросы. Влияет ли сопротивление на потребляемую мощность? (2 балла)
Ответ. Формула электроэнергии P = V ² /R. Чем больше сопротивление в цепи, тем больше энергии будет потрачено в виде тепла, а произведенная мощность будет меньше. Мощность обратно пропорциональна сопротивлению. Чем больше сопротивление, тем меньше будет полезная мощность.
Вопрос. Связано ли внутреннее сопротивление с мощностью? (2 балла)
Ответ. Чем меньше будет внутреннее сопротивление приложенного напряжения, тем больше ток и больше мощность будет производить источник. Следовательно, мощность обратно пропорциональна внутреннему сопротивлению.
Вопросы. Какая польза от электроэнергии в реальной жизни? (2 балла)
Ответ. Электроэнергия является причиной работающего генератора, работающего телевизора, холодильника и всех других электроприборов. Следовательно, электроэнергия является основной причиной мира электричества.
Вопрос. Что такое электрогенератор? (2 балла)
Ответ. Электрогенератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую, которую можно использовать в любой электрической цепи. Они используются в водяных турбинах для преобразования гидроэнергии в электроэнергию на электростанциях.
Вопросы. В электрическую цепь приложен ток силой 2,5 А и разность потенциалов 10 вольт. Рассчитайте выработанную электроэнергию. (3 балла)
Ответ. Здесь,
Ток, протекающий в цепи = I = 2,5 А
Разность потенциалов по цепи = V = 10 вольт
По формуле электрической мощности,
P = IV
P = 2,5 * 10
3
P = 25 Вт
Следовательно, потребляемая в цепи мощность равна 25 Вт.
Вопросы. Найти мощность, потребляемую батареей с внутренним сопротивлением 3 Ом и пропускаемым током 4 Ампер. (3 балла)
Ответ. Здесь,
Сопротивление батареи = R = 3 Ом
Сила тока в цепи = I = 4 Ампер 3
P = 48 Вт.
Отсюда мощность, потребляемая в электрической цепи, равна 48 Вт.
Выписка:
Как рассчитать электроэнергию – x-engineer.
org
Содержание
Определение
Формула
Пример использования напряжения и заряда
Пример использования мощности и времени
Пример нагревательного элемента
Калькулятор
Справочные материалы
Определение
Электрическая энергия, которая вырабатывается за счет потока электрической энергии заряжать по цепи. Любая электрическая цепь, имеющая напряжение и ток в течение определенного промежутка времени, обладает электрической энергией.
Изображение: Электрическая энергия в цепи
Количество электроэнергии в цепи зависит от уровня напряжения или электрического тока. Чем выше напряжение или ток в цепи, тем выше ее электрическая энергия. Электрическая энергия также определяется как работа, необходимая для перемещения электрического заряда по цепи за определенное время.
Как и любая другая форма энергии, электрическая энергия может генерироваться с помощью генераторов, динамо-машин или фотогальванических элементов или храниться в батареях, конденсаторах или магнитных полях.
Вернуться назад
Формула
Электрическая энергия может быть рассчитана двумя способами [1]:
используя электрический заряд и напряжение
используя электрическую мощность и время
Электрическая энергия является произведением напряжения и электрического заряда.
E _e = U · Q
(1)
где:
E _e [Дж] – электрическая энергия, измеренная в джоулях [Дж]
U [В] – электрическое напряжение, измеренное в вольтах [В]
Q [Кл] – электрический заряд, измеряемый в кулонах [Кл]
Электрический заряд – это произведение электрического тока на время.
Q = I · t
(2)
где:
I [А] – электрический ток, измеряемый в амперах [А]
t [с] – время, измеряемое в секундах [с]
Замена уравнения (2) в (1) дает формулу электрической энергии:
P _e = U · I
(4)
где:
P _e [Вт] – электрическая мощность, измеренная в ваттах [Вт]

E _e = P _e · t

(5)

Из закона Ома мы знаем, что напряжение есть произведение тока на электрическое сопротивление.

U = R · I

(6)

где:

R [Ом] – электрическое сопротивление, измеряемое в ваттах [Ом]

Из (6) можно вывести формулу электрического тока:

I = U / R

(7 )

Замена уравнений (6) в (4) дает формулу для электроэнергии в виде: , дает формулу для электроэнергии как:

P _e = U ² / R

(9)

Заменив уравнения (8) и (9) в (5), получим формулы для электрической энергии: 10)

E _e = (U ² / R) · t

(11)

Сводка формул для расчета электроэнергии:

E _e = U9 · Q e 908 = P _e · t
E _e = U · I · t
E _e = R · I ² · t
E _e = (U ² / R) · t

Наиболее распространенными единицами измерения электрической энергии являются: джоуль [Дж] или ватт-час [Втч] или киловатт-час [ кВтч].

Пример с использованием напряжения и заряда

Рассчитайте электрическую энергию, полученную при перемещении заряда в 150 Кл по электрической цепи с падением напряжения 12000 милливольт.

Шаг 1 . Преобразуйте напряжение из [мВ] в [В], разделив [мВ] на 1000:

U = 12000 / 1000 = 12 В

Шаг 2 . Рассчитайте произведенную электрическую энергию E _e [Дж]:

E _e = U · Q = 12 · 150 = 1800 Дж

Вернуться назад

Пример с использованием мощности и времени электроприбор номинальной мощностью 120 Вт, если он работает непрерывно в течение 2 часов.

Шаг 1 . Преобразуйте время из [ч] в [с], умножив [ч] на 3600:

t = 2 · 3600 = 7200 с

Шаг 2 . Рассчитайте электрическую энергию E _e [Дж], потребляемую электроприбором:

E _c = P · t = 120 · 7200 = 864000 Дж

Пример нагревательного элемента

Работает электрическая сушилка на 120 вольт. Он содержит нагревательный элемент с электрическим сопротивлением 10 Ом. Рассчитайте, каково потребление энергии в киловатт-часах [кВтч] нагревательного элемента за 0,5 часа работы.

Шаг 1 . Преобразуйте время из [ч] в [с], умножив [ч] на 3600:

t = 0,5 · 3600 = 1800 Дж

Шаг 2 . Рассчитайте электрическую мощность P _e [Вт] нагревательного элемента:

P _e = U ² / R = 1202 / 10 = 1440 Вт

Шаг 3 . Рассчитайте электрическую энергию E _e [Дж] нагревательного элемента:

E _e = P _e · t = 1440 · 1800 = 2592000 Дж

Шаг 4 . Преобразуйте электрическую энергию E _e из [Дж] в [кВтч], разделив [Дж] на 3600000:

E _e = 2592000 / 3600000 = 0,72 кВтч

напряжение, сопротивление и время
voltage, current and time
current, resistance and time
power and time

Leave blank the other parameters

Voltage

voltsmillivoltskilovolts

Current

amperesmilliampereskiloamperes

Resistance

ohmsmilliohmskiloohms

Operation
time

СекундыНаносекундыМикросекундыМиллисекундыМинутыЧасыДниНеделиМесяцыКалендарные годыДесятилетияВека

Electrical
Power

Вт

Electrical
Energy

Jouleskilojoulesgram Caloriescaloriorykilocalorioryswatts Hourkilowtts Hourmegawatts HourgiGawatts Hourelectrocalory. Если вы хотите, чтобы результат отображался в других единицах, используйте раскрывающийся список для выбора и снова нажмите кнопку РАСЧЕТ.

Ссылки

[1] Дэвид Холлидей, Роберт Резник, Джерл Уокер, Основы физики, 7-е издание, John Wiley & Sons, 2004.
[2] Бенджамин Кроуэлл, Свет и материя – физика, 2007.
[3] Рэймонд A. Serway и John W. Jr. Jewett, Physics для ученых и инженеров, 6-е издание, Brooks/Cole Publishing Co., 2004
[4] Jiansong Li, Jiyun Zhao, and Xiaochun Zhang, Новая система восстановления энергии, объединяющая маховик и Регенерация потока для системы гидравлической стрелы экскаватора, Energies 2020.
[5] Leo H. Holthuijsen, Волны в океанских и прибрежных водах, Cambridge University Press, 2007.
[6] Kira Grogg, Harvesting the Wind: The Physics of Wind Turbines, Carleton College, 2005.

Формула электроэнергии – Wira Electrical

10 сентября 2022 г. 11 июня 2021 г. by Wira Adhitama

Хотя ток и напряжение являются фундаментальными переменными для электрических цепей, их все еще недостаточно для решения всех электрических явлений. Нам по-прежнему нужна электроэнергия.

На самом деле, нам все еще нужно знать, какую мощность может выдержать электронное устройство.

Прежде чем двигаться дальше, обязательно прочитайте, что такое цепь постоянного тока. А затем прочитайте анализ линейной цепи.

Электричество и энергия

Например, 120-ваттная лампа будет светить ярче, чем 60-ваттная. Еще один простой пример: счета за электроэнергию, которые мы оплачиваем, зависят от того, сколько электроэнергии мы использовали за определенный период времени.

Таким образом, анализ мощности и энергии играет важную роль в анализе цепей, помимо тока и напряжения.

Чтобы обнаружить взаимосвязь между энергией и мощностью, током и напряжением, у нас есть физическое утверждение:

Мощность – это скорость расходования или поглощения энергии, измеряемая в ваттах (Вт)

И математическое уравнение:

(1)

where :

p = power (watts = W)

w = energy (joules = J)

t = times (seconds = с)

Combining the Equation. (1) with the equation of voltage and equation of current results :

(2)

(3)

Математическое уравнение в уравнении (3) называется мгновенной мощностью . Если мощность имеет положительный знак (+), мощность передается элементу или элемент поглощает энергию.

Знак минус (-) напротив означает, что питание подается элементом. Это условие можно увидеть на рис.(1).

Рисунок 7. Знаки мощности

Для того, чтобы определить знак мощности, мы должны сначала рассмотреть направление тока и напряжения.

В качестве удобного метода решения этой задачи мы можем рассмотреть взаимосвязь между током, напряжением и мощностью.

См. рис. (1) для лучшего понимания связи между этими тремя параметрами.

Рис. 2. Поглощающая способность элемента

Рис. (2) показывает, как получить положительный знак. Это известно как соглашение о пассивном знаке .

Это соглашение показывает, как ток входит через положительную полярность напряжения, поэтому p = + vi или p > 0 подразумевает, что элемент поглощает энергию.

В противоположность p = – vi или vi < 0 на рисунке (3) означает, что элемент подает или подает питание.

Рисунок 3. Elemet Delivering Power

Пассивное знаком Конвенции , когда текущий поступает через положительный терминал и . входит в отрицательную клемму, p = -vi .

Для иллюстрации выше мы заключаем, что:

+Потребляемая мощность = -Подаваемая мощность

, поскольку потребляемая мощность -12 Вт такая же, как и потребляемая мощность +12 Вт.

Теперь мы понимаем, что закон сохранения энергии должен подчиняться любой электрической цепи. Само математическое уравнение может выглядеть следующим образом:

(4)

Из приведенного выше уравнения следует, что общая потребляемая мощность должна уравновешиваться общей подаваемой мощностью.

с использованием уравнения. (2), но в изменении состояния в течение определенного периода времени уравнение превращается в:

(5)

9000 . работа, измеряемая в джоулях (Дж)

Электроэнергетическая компания измеряет свою энергию в ватт-часах (Втч), где:

1 Втч = 3,600 Дж

Читайте также: соединение в электрической цепи Примеры

Для лучшего понимания давайте рассмотрим несколько примеров ниже:

1. Источник энергии заставляет постоянный ток силой 2 А в течение 10 с течь к лампочке. Если в качестве световой и тепловой энергии используется 2,3 кДж, насколько падает напряжение на лампочке?

Решение:

2. Каликуляция мощности, доставляемой элементу при T = 3 мс, если ток входит на положительный терминал

I = 5 COS

9105 I =1066 π t A

и напряжение: (a) v = 3 i ; и (b) V = 3 DI/DT

Решение:

Объяснитель урока: мощность электрических компонентов

В этом объяснении мы узнаем, как использовать формулу 𝐸 = 𝑄𝑉. найти энергию, рассеиваемую в окружающую среду компоненты электронной схемы.

Рассмотрим положительный и отрицательный электрические заряды, разделенные некоторым расстоянием.

Поскольку противоположные заряды притягиваются друг к другу, они будут двигаться навстречу друг другу, пока не соприкоснутся.

Чтобы разделить эти заряды, необходимо приложить силу, преодолевающую их взаимное притяжение.

Рассмотрим две силы величины 𝐹, достаточные, чтобы оттолкнуть заряды друг от друга, приложенные к каждому заряду в направления, показанные ниже.

При перемещении зарядов эта сила работает. Поскольку над каждым зарядом совершается работа, энергия каждого из них увеличивается. В частности, электрический потенциальная энергия каждого заряда будет увеличиваться по мере удаления зарядов друг от друга.

Если же позволить зарядам сблизиться, их потенциальная энергия уменьшится.

Перенос энергии в паре противоположных зарядов помогает описать перенос энергии в электрических цепях. Такие схемы по существу состоят из множества противоположно заряженные пары зарядов.

Рассмотрим отрезок металлической проволоки, который, как мы знаем, будет содержать множество фиксированных положительных зарядов (атомные ядра, выделены розовым цветом) и отрицательных зарядов. которые могут двигаться (электроны, выделены синим цветом), следующим образом.

Если к проводу передается достаточно энергии, заряды в нем будут разделяться. Когда положительно заряженные ядра зафиксированы на месте, заряд разделение будет проявляться в виде скопления отрицательно заряженных электронов на одном конце отрезка провода, как показано ниже.

При разделении положительных и отрицательных зарядов в проводе на нем создается разность потенциалов.

Если затем к любому концу исходного сегмента провода присоединить тонкий проводящий провод, как показано на рисунке выше, отрицательные заряды будут иметь путь, по которому нужно следовать, чтобы двигаться к положительным зарядам. Хотя в цепи нет ячейки, заряд все равно будет течь по цепи на короткое время, управляется начальной разностью потенциалов, установленной на исходном сегменте провода. Электроны будут двигаться по часовой стрелке по тонкому токопроводящий провод, как показано ниже.

Вспомним, что когда отрицательный заряд движется к положительному, энергия уменьшается.

Следовательно, энергия электронов уменьшается по мере их движения по цепи после того, как они увеличивают энергию, отделяясь от положительно заряженные ядра.

Из-за сохранения энергии в одной полной цепи энергия, переданная данному заряду, равна энергии, переданной зарядом.

Если мы назовем величину этой энергии 𝐸, разность потенциалов на отрезке провода 𝑉, и заряд каждого электрона 𝑄, мы можем написать общую формулу, связывающую эти величины следующим образом.

Формула: передача электрической энергии заряду 𝑄, пересекающему разность потенциалов 𝑉

Когда заряд 𝑄 проходит через разность потенциалов 𝑉, количество энергии 𝐸 равно 𝑄 раз 𝑉 переносится: 𝐸=𝑄×𝑉.

В электрической цепи заряд получает энергию, когда проходит через ячейку цепи. Тот же самый заряд затем передает то же самое количество энергии, которое он получил, пройдя остальную часть цепи.

Когда энергия переносится, мы говорим, что она рассеивается.

В качестве примера рассмотрим электрическую лампочку, включенную в электрическую цепь. Когда лампочка преобразует электрическую энергию в световую, энергия рассеивается. из цепи.

Аналогичным образом, когда лампа излучает тепловую энергию в окружающий воздух или отдает тепловую энергию на лампу или стол, с которыми она находится контакт, электрическая энергия рассеивается.

Пример 1. Определение заряда, проходящего через электрический компонент, по рассеиваемой им энергии

Электродвигатель подключен к аккумулятору 9 В. В течение периода времени, двигатель преобразует 450 Дж электрической энергии в кинетическую энергию, тепло, и звук. Какой заряд проходит через двигатель за это время?

Ответ

Знание разности потенциалов на аккумуляторе данного двигателя (9 В) и количество энергии, которое двигатель преобразует за некоторое время (450 Дж), мы хотим определите общий заряд 𝑄, проходящий через двигатель за это время.

Электрическая энергия равна произведению заряда на разность потенциалов: 𝐸=𝑄×𝑉.

Разделив обе части уравнения на 𝑉 так, чтобы 𝑄 было субъектом, находим 𝑄=𝐸𝑉.

В нашем конкретном примере 𝐸 равно 450 Дж и 𝑉 составляет 9 В. Поэтому мы можем заменить эти значения в приведенное выше уравнение и рассчитайте заряд, 𝑄: 𝑄=4509=50.JVC

За время, необходимое двигателю для преобразования 450 Дж энергии, Через двигатель проходит заряд 50 кул.

Напомним, что мощность определяется как передача энергии во времени. Написано в виде уравнения, 𝑃=𝐸𝑡, где 𝑃 — мощность, а 𝐸 — энергия, переданная за время 𝑡. Мощность измеряется в ваттах (Вт), где один ватт равен один джоуль энергии передается за второй.

Как мы видели, энергия, передаваемая электрическим компонентом, равна проходящему через него заряду, умноженному на потенциал разница по нему. Следовательно, мы можем заменить 𝐸 в приведенном выше уравнении на 𝑄×𝑉: 𝑃=𝑄×𝑉𝑡.

Чуть переставляя, получаем 𝑃=𝑄𝑡×𝑉.

Дробь в скобках равна току, потому что электрический ток — это количество заряда, проходящее через точку за некоторое время.

Замена 𝑄𝑡 током 𝐼 дает формулу для электрической мощности.

Формула: Электрическая мощность

Мощность электрического компонента в цепи равна энергии, которую компонент передает за время, необходимое для передачи.

Эта мощность 𝑃 равна току через компонент, умноженному на разность потенциалов 𝑉 на нем: 𝑃=𝐼×𝑉.

По закону Ома 𝑉=𝐼×𝑅. Следовательно, мощность компонента также может быть записана как 𝑃=𝐼×(𝐼×𝑅)=𝐼×𝑅.

Пример 2. Определение мощности электрического компонента

На схеме показана цепь, состоящая из лампочки, подключенной к ячейке. Разность потенциалов на лампочке равна 9 В, а ток через него 4 А. Какова мощность лампочки?

Ответ

Мощность электрического компонента определяется соотношением 𝑃=𝐼×𝑉, где 𝑃 — мощность компонента, 𝐼 — ток через него, а 𝑉 — разность потенциалов на компоненте.

Нам говорят, что ток через лампочку равен 4 А и что потенциал разница на нем составляет 9 В. Подставив эти значения в уравнение для мощности, получим 𝑃=(4)×(9)=36.AVW

Мощность лампочки 36 Вт. Обратите внимание, что эта мощность представляет собой энергию рассеивается лампой, в основном в виде тепла и света.

Пример 3. Определение силы тока через электрический компонент

Длина соединительного провода в цепи составляет 20 см. Он имеет сопротивление 0,02 Ом и рассеивает энергию в окружающую среду в виде тепла со скоростью 2 Вт. Какой ток проходит по проводу?

Ответ

Учитывая скорость, с которой соединительный провод рассеивает энергию, а также его сопротивление, мы хотим найти ток, проходящий через него.

Другой способ описать скорость изменения энергии — то есть изменение энергии во времени — это мощность: 𝑃=𝐸𝑡.

Кроме того, мощность электрического компонента, 𝑃, его сопротивление, 𝑅, и ток через него, 𝐼, связаны следующим образом: 𝑃=𝐼×𝑅. 

Чтобы найти ток с помощью этого уравнения, мы сначала разделим обе части на 𝑅, 𝑃𝑅=𝐼, затем возьмите квадратный корень из обеих сторон и поменяйте местами правую и левую стороны: 𝐼=𝑃𝑅.

В нашей ситуации 𝑃 равно 2 Вт, а 𝑅 равно 0,02 Ом. Подставляя эти значения, имеем 𝐼=20,02=10.WΩA

По проводу проходит ток силой 10 ампер.

Пример 4. Определение мощности электрического компонента

На схеме показана цепь, состоящая из трех одинаковых резисторов, подключенных к ячейке. По какому курсу один резистор рассеивает энергию в окружающую среду?

Ответ

Обозначив сопротивление одного из резисторов как 𝑅, мы можем сказать, что полное сопротивление цепи равно 3×𝑅, так как резисторы идентичны.

Закон Ома связывает разность потенциалов, ток и сопротивление в цепи: 𝑉=𝐼×𝑅.

При заданной разности потенциалов (20 В), ток (3 А) и полное сопротивление (3×𝑅), 20=(3)×(3×𝑅)=(9)×𝑅. VAA

Мы можем преобразовать это выражение, чтобы найти сопротивление 𝑅 одного резистора: 209=𝑅ВА или же 𝑅=209=209.VAΩ

Скорость, с которой один такой резистор рассеивает энергию, равна его мощности.

Электрическая мощность определяется уравнением 𝑃=𝐼×𝑅.

Поскольку 𝐼 равно 3 А, а 𝑅 равно 209 Ом, 𝑃=(3)×209=9×209=20.AΩAΩW

Скорость, с которой один резистор рассеивает энергию — его мощность — составляет 20 Вт.

Пример 5. Определение энергии, рассеиваемой электрическим компонентом

Резистор 7 Ом и резистор 5 Ом. резистор соединен последовательно с ячейкой. Ячейка обеспечивает ток 4 А через цепь. Какое количество энергии резисторы передают в окружающую среду за 20 секунд?

Ответ

Резисторы 7 Ом и 5 Ом сопротивляются поток заряда через них, заставляя движущиеся заряды рассеивать энергию.

Напомним, что это количество энергии определяется количеством заряда, прошедшего через резисторы, 𝑄, и разность потенциалов, через которую они проходят, 𝑉: 𝐸=𝑄×𝑉.

Чтобы найти 𝑄, мы помним, что электрический ток 𝐼 определяется как количество заряда 𝑄, прохождение точки за время, 𝑡: 𝐼=𝑄𝑡.

Мы можем изменить уравнение, умножив обе части на 𝑡, так что 𝑄=𝐼×𝑡.

Подставляя в заданные значения тока и времени, находим 𝑄=(4)×(20)=80.AsC

Далее, мы считаем, что эта электрическая цепь подчиняется закону Ома: 𝑉=𝐼×𝑅.

Это означает, что мы можем найти разность потенциалов 𝑉, которую испытывают заряды, проходящие через два резистора. Обратите внимание, что, поскольку эти резисторы соединены последовательно, их общее сопротивление равно сумме их индивидуальных сопротивлений: 𝑉=(4)×(7+5)=(4)×(12)=48.AΩΩAΩV

Зная общий заряд, прошедший через резисторы за 20 с (80 C) и разность потенциалов, через которую они прошли (48 В), мы можем найти энергию, которую они передали, 𝐸: 𝐸=(80)×(48)=3840.CVJ

За 20 с два резистора переключаются 3‎ ‎840 джоулей энергии в окружающую среду.