Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.

При прохождении заряда \(q\) по участку цепи электрическое поле будет совершать работу: \(A=q\cdot U\), где \(U\) — напряжение электрического поля, \(A\) — работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению заряда \(q\) из одной точки в другую.

Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённые ниже рисунки.

Количество заряда, прошедшее по участку цепи, пропорционально силе тока и времени прохождения заряда: q=I⋅t.

Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна напряжению на её концах и количеству заряда, проходящего по этому участку: A=U⋅q.

Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна силе тока, времени прохождения заряда и напряжению на концах участка цепи: A=U⋅I⋅t.

Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.

 

 

Единицы измерения величин:

работа электрического тока \([A]=1\) Дж;

напряжение на участке цепи \([U]=1\) В;

сила тока, проходящего по участку \([I]=1\) А;

время прохождения заряда (тока) \([t]=1\) с.

Для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.

 

Например:

 

I = 1,2 АU = 5 Вt = 1,5 мин = 90 сА = U⋅I⋅t = 5⋅1,2⋅90 = 540 Дж 

 

Обрати внимание!

Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.

\(1\) кДж = 1000 Дж или \(1\) Дж = \(0,001\) кДж;
\(1\) МДж = 1000000 Дж или \(1\) Дж = \(0,000001\) МДж.

На практике работу электрического тока измеряют специальными приборами — счётчиками электрической энергии. Их можно увидеть как в каждом частном доме, так в каждом подъезде многоквартирного дома.

 

Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени: N = Аt.  Чтобы найти мощность электрического тока, надо поступить точно также, т.е. работу тока, A=U⋅I⋅t, разделить на время.

Мощность электрического тока обозначают буквой \(Р\):

P=At=U⋅I⋅tt=U⋅I. Таким образом:

Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока: P=U⋅I.

Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённые ниже рисунки.

 

 

За единицу мощности принят ватт: \(1\) Вт = \(1\) Дж/с.

 

Из формулы P=U⋅I следует, что

\(1\) ватт = \(1\) вольт ∙ \(1\) ампер, или \(1\) Вт = \(1\) В ∙ А.

 

Обрати внимание!

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
\(1\) гВт = \(100\) Вт или \(1\) Вт = \(0,01\) гВт;
\(1\) кВт = \(1000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,001\) кВт;

\(1\) МВт = \(1 000 000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,000001\) МВт.

Пример:

Измерим силу тока в цепи с помощью амперметра, а напряжение на участке — с помощью вольтметра.

 

 

Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:

 

I=1,2АU=5ВP =U⋅I=5⋅1,2=6Вт.

 

Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.

В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.

 

Аналоговый ваттметр	Аналоговый ваттметр	Аналоговый ваттметр	Цифровой ваттметр

 

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

 

 

 

Сила тока в лампочке мощностью \(25\) ватт будет составлять \(0,1\) А. Лампочка мощностью \(100\) ватт потребляет ток в четыре раза больше — \(0,4\) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно \(220\) В. Легко можно заметить, что лампочка в \(100\) ватт светится гораздо ярче, чем \(25\)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в \(4\) раза больше, потребляет в \(4\) раза больше тока. Значит: 

 

Обрати внимание!

Мощность прямо пропорциональна силе тока.

Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение \(110\) В и \(220\) В.

  

 

Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:

 

Обрати внимание!

Мощность зависит от напряжения.

Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:

 

I=0,2АU=110ВP=U⋅I=110⋅0,2=22Вт

I=0,4АU=220ВP=U⋅I=220⋅0,4=88Вт.

 

Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в \(2\) раза мощность увеличивается в \(4\) раза.

Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).

 

 

В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:

 

Название	Рисунок	Мощность
Калькулятор		\(0,001\) Вт
Лампы дневного света		\(15 — 80\) Вт
Лампы накаливания		\(25 — 5000\) Вт
Компьютер		\(200 — 450\) Вт
Электрический чайник		\(650 — 3100\) Вт
Пылесос		\(1500 — 3000\) Вт
Стиральная машина		\(2000 — 4000\) Вт
Трамвай		\(150 000 — 240000\) Вт

Определение мощности электрического тока

Мощность электрического тока – один из основных параметров, определяющих работу электроцепи, наряду с напряжением и силой тока. Этот показатель всегда присутствует в технических характеристиках двигателей, трансформаторов, генераторов.

Генератор на электростанции

Определение

Чтобы понять, что такое мощность тока, надо определить его работу, так как они неразрывно связаны. Работа электротока заключается в энергопреобразовании из электрического вида в тепловой, кинетический и т. д. Мерилом этой энергии является работа. А мощность электрического тока – это скорость, с которой происходят преобразования. Формулой можно выразить:

P = A/t.

В чем измеряется мощность тока, проистекает из формулы, – Дж/с. Получилась единица измерения, называемая ватт (Вт). Другая единица измерения мощности, часто применяемая в энергетике, – следствие из другой формулы:

P = U*I.

Это вольтампер (ВА) и производные от нее кВА, мВА.

Важно! Благодаря последней формуле, можно заметить, что идентичную мощность электрического тока возможно получить при повышенном напряжении и маленьком токе либо при перемене местами количественного значения этих показателей. Так как при большом токе потери выше, эту зависимость используют, передавая электроэнергию по высоковольтным ЛЭП на значительные дистанции.

В электроцепях на постоянном токе существует один вид мощности, измеряемый в ваттах. Электрическая мощность, используемая при расчетах электросетей переменного тока, может быть:

• активная;
• реактивная;
• полная;
• комплексная.

Активная

Этот вид мощности электрического тока определяет работу, целиком затраченную на энергопреобразования. Пример – энергия, выделившаяся на нагрев сопротивления.

Формула расчета:

P = U*I cos φ,

где «φ» – это угол, на который сдвинуты фазы между векторами тока и напряжения.

Показатели U и I при подстановке в формулическое выражение берутся среднеквадратичные.

Формулы для расчета мощности

Реактивная

Реактивная мощность электрического тока применяется для оценки количественного показателя емкостной и индуктивной нагрузки на сеть.

Формула расчета:

Q = U*I sin φ.

Для реактивной мощности электрического тока применяют единицу измерения вольтампер реактивный (ВАр, кВАр, мВАр).

Реактивная часть появляется при расчете мощности в электрической цепи, к которой подключена индуктивность или емкость:

1. Индуктивность – это любая катушка: трансформаторная, реакторная, обмотки электродвигателя и т. д. Из-за происходящих процессов самоиндукции электрическая энергия не вся преобразовывается в другой вид, а определенное количество возвращается в сеть. Так как вектор ее смещен по фазе, сеть работает с перегрузкой;
2. Конденсатор, представляющий собой емкость, работает аналогичным образом, но смещение вектора возвращаемой энергии находится в противофазе по сравнению с индуктивным.

Важно! Для повышения качества электроэнергии и более эффективной работы электросетей свойство индуктивности и емкости работать в противофазе используется для компенсации реактивной энергии (применение конденсаторных батарей).

Конденсаторные батареи

Полная

Зная активную и реактивную составляющую, можно определить, чему равна полная мощность электрического тока. Хотя она не характеризует потребление энергии по факту, расчеты необходимы для определения нагрузки на компоненты электросетей: воздушные и кабельные линии, коммутационные аппараты, трансформаторы.

Формула расчета:

S = U*I, результат измеряется в вольтамперах.

Если использовать для расчета активную и реактивную составляющую, то полное мощностное значение определяется извлечением квадратного корня из суммы их квадратов.

Как измеряется

Количественный мощностной показатель измеряется несколькими способами с помощью разных приборов:

• ваттметры, варметры для прямых замеров;
• амперметры и вольтметры для косвенных замеров;
• фазометр, позволяющий оценить влияние реактивной составляющей.

Прямые замеры

Служат для прямого измерения активного и реактивного мощностного показателя. Все ваттметры и варметры делятся на:

1. Аналоговые. Существуют стрелочные приборы и с самопишущими устройствами. На них отображается активная мощностная величина. Состоят из неподвижной катушки, включенной в цепь последовательно, и подвижной с параллельным подключением. Стрелка отклоняется от взаимного влияния создаваемых магнитных полей;
2. Цифровые. Содержат микропроцессоры, вычисляющие значения активной и реактивной составляющих на основе измерений тока и напряжения.

Цифровой варметр

Существуют трехфазные и однофазные приборы, многофункциональные ваттметры для замеров других параметров: частоты, силы тока, напряжения.

Косвенные замеры

При косвенных замерах в цепь подключается амперметр и вольтметр, снимаются их показания, затем, подставляя их в формулическое выражение, вычисляется количественный мощностной показатель.

Фазометры

Замерить коэффициент, на который умножается активная мощность, cos φ, можно с помощью фазометра, что позволяет оценить влияние реактивного компонента.

Аналоговое устройство работает по тому же принципу, что и идентичный ваттметр. Только шкала проградуирована в значениях cos φ. Подключение прибора производится к одним клеммам последовательно, к другим –параллельно, чтобы измерять напряжение и электроток. В трехфазных устройствах надо подсоединить все фазы.

Высокоточные цифровые приборы содержат детекторы, непосредственно сравнивающие фазы, и микропроцессоры, обрабатывающие информацию.

Фазометры нашли широкое применение при регулировании работы генераторов и синхронных электродвигателей:

1. У синхронного электродвигателя cos φ зависит от возбуждающего тока. При регулировании его функционирования в режиме отдачи реактивной составляющей, чтобы уменьшить ее негативное влияние, используют фазометр;
2. В генераторах применяется ручное регулирование cos φ с целью поддержания стабильности его параметров в пусковых режимах. Если нагрузка индуктивная, и cos φ в индуктивной зоне шкалы снижается, возможен опасный нагрев статорной обмотки. При нахождении cos φ в емкостной зоне генератор работает на потребление тока, что недопустимо.

Фазометр

Регулирование cos φ

Если cos φ понижается, то в сети увеличиваются потери, а полезная часть работы по преобразованию электроэнергии уменьшается. Соответственно, растет потребление из сети. При этом напряжение падает.

Важно! Для обеспечения наилучшего соотношения параметров электросети необходимо поддерживать cos φ на уровне 0,95 в индуктивной части шкалы фазометра.

Для компенсации индуктивной нагрузки, уменьшающей cos φ, на электрических подстанциях устанавливают конденсаторные батареи. Когда индуктивная составляющая падает значительно, батареи отключаются. Иногда это реализуется в автоматическом режиме. Отслеживание cos φ производится по фазометру.

Расчеты разных видов мощности показывают, насколько работа сети надежна и эффективна, позволяют оценить потери в количественном выражении.

Видео

Оцените статью:

Формула мощности тока в физике

Содержание:

Электрический ток, на каком угодно участке цепи совершает некоторую работу (А). Допустим, что у нас есть произвольный участок цепи (рис.1) между концами которого имеется напряжение U.

Работа, которая выполняется при перемещении заряда равного 1 Кл между точками A и B (рис.1) будет равна U. В том случае, если через проводник протекает ток силой I за время равное $\Delta t$ по указанному выше участку пройдет заряд (q) равный:

$$q=I \Delta t(1)$$

Следовательно, работа, которую совершает электрический ток на данном участке, равна:

$$A=U \cdot I \cdot \Delta t(2)$$

Надо отметить, что выражение (2) является справедливым при I=const для любого участка цепи (в таком участке могут содержаться проводники 1–го и 2–го рода).{2}(6)$$

где j – плотность тока, $\rho$ – удельное сопротивление.

Единицы измерения мощности тока

Основной единицей измерения мощности тока (как и мощности вообще) в системе СИ является: [P]=Вт=Дж/с.

В СГС: [P]=эрг/с.

1 Вт=10⁷ эрг/( с).

Выражение (4) применяют в системе СИ для того, чтобы дать определение единицы напряжения. Так, единицей напряжения (U) является вольт (В), который равен: 1 В= (1 Вт)/(1 А).

Вольтом называют электрическое напряжение, которое порождает в электроцепи постоянный ток силы 1 А при мощности 1 Вт.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Какой должна быть сила тока, которая течет через обмотку электрического мотора для того, чтобы полезная мощность двигателя (P_A) стала максимальной?Какова максимальная полезная мощность? Если двигатель постоянного тока подключен к напряжению U, сопротивление обмотки якоря – R.

Решение. Мощность, которую потребляет электроприбор, идет на нагревание (P_Q) и совершение работы (P_A):

$$P=P_{Q}+P_{A}(1.{2}}{P_{2}}}$$

Читать дальше: Формула напряжения электрического поля.

Чему равна мощность электрического тока? Запишите формулу

В системе, приведённой на рисунке, масса первого груза равна m, масса второго в a = 2 раза больше, а масса третьего в b = 3 раза меньше. Масса рычага … равна M = 18 кг. Чему равна масса m, если система находится в равновесии? Ответ выразить в кг, округлив до десятых. (1,4) ПОЖАЛУЙСТА решение Даю 12 баллов

Куля вилітає зі ствола зі швидкістю 825м/с через 50 м швидкість зменшується до 745 м/с ще через 100 м до 675 м/с Порівняйте сили опору повітря на перш … ій та другій ділянках

Вантаж масою 1 кг підвішено на пружині жорсткістю 4 МН/м .На яку відстань необхідно відвести вантаж від положення рівноваги щоб його максимальна швидк … ість досягла 1 м/с

помогите срочно!!! Сколько энергии рассеялось при превращении 90 г свинца в жидкое агрегатное состояние, если было израсходовано 13 г бензина, а начал … ьная температура свинца равна 21 °С. Удельная теплоёмкость свинца — 130 Джкг⋅°С, температура плавления свинца равна 327 °С, а удельная теплота плавления свинца — 0,25⋅105 Дж/кг, удельная теплота сгорания бензина — 47⋅106 Дж/кг.

Кут між падаючим променем і площею дзерказа втричі менший від кута між падаючим і відбитим променями. Визначити кут падіння.

паралельно в одному напрямку їдуть потяг зі швидкістю 20 м/с та автомобіль зі швидкістю 80 км/год. з якою швидкістю пасажир потягу їде відносно авто … мобілю? помогите пожалуйста!!!!

Помогите пожалуйста ОЧЕНЬ СРОЧНО !!!​ Даю 25 баллов !!!

!!!НУЖНО ФИЗИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ, С ДАНО И РЕШЕНИЕМ!!! Першу годину автомобіліст їхав зі швидкістю 50 км/год і розрахував, що коли він і далі буде їхати з … такою швидкістю, то запізниться в місто на півгодини. Він збільшив швидкість на 20% і приїхав своєчасно. Який шлях проїхав автомобіліст? Скільки часу він знаходився у дорозі? Якою є середня швидкість руху автомобіліста?

вопрос номер 4, подробное решение.​

Рассчитай, какое количество энергии нужно для обращения в пар ртути массой 130 г, взятого(-ой) при температуре 19 °С. (Удельная теплоёмкость ртути с=1 … 20 Дж/кг·°С, температура кипения ртути равна 357 ° С, удельная теплота парообразования ртути L=285000 Дж/кг).

Мощность электрического тока: особенности и измерения

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

1. Мощность – скорость выполнения работы.
2. Мощность равна произведению напряжения на ток.
3. Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна произведению сопротивления на квадрат тока.
4. 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:

1. 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.
2. 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.
3. В асимметричной цепи вновь появляются фазные напряжение, ток. Здесь расчет ведется отдельно для каждой линии. Никаких вариантов нет.

Формулы мощности тока

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:

1. Электродинамические. Описаны разделом. Состоят из одной подвижной, двух неподвижных катушек.
2. Ферродинамические. Напоминает двигатель с расщепленным полюсом (shaded-pole motor).
3. С квадратором. Используется амплитудно-частотная характеристика нелинейного элемента (например, диода), напоминающая параболу, для возведения электрической величины в квадрат (используется в вычислениях).
4. 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.
5. 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).

Методика двух ваттметров

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.

Мощность электрического тока: формула

Прежде чем рассматривать электрическую мощность, следует определиться, что же представляет собой мощность вообще, как физическое понятие. Обычно, говоря об этой величине, подразумевается определенная внутренняя энергия или сила, которой обладает какой-либо объект. Это может быть мощность устройства, например, двигателя или действия (взрыв). Ее не следует путать с силой, поскольку это разные понятия.

Что такое мощность электрического тока

Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа. В свою очередь, работа А, проделанная в течение определенного времени t, составит значение мощности, выраженное формулой: N = A/t (Вт = Дж/с). Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии той или иной системы. Одним из таких преобразований является мощность электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. В первую очередь она связана с электродвигателями и другими устройствами, выполняющими полезные действия.

Мощность тока связана сразу с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение 1 кулона. Сила тока (I) соответствует количеству кулонов, проходящих за 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует полной работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.

Приведенная формула мощности тока показывает, что мощность находится в одинаковой зависимости от силы тока и напряжения. Отсюда следует, что одно и то же значение этого параметра можно получить за счет большого тока и малого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе. Это свойство позволяет передавать электроэнергию на дальние расстояния от источника к потребителям. В процессе передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на повышающих и понижающих подстанциях.

Существует два основных вида электрической мощности – активная и реактивная. В первом случае происходит безвозвратное превращение мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии. Для нее применяется единица измерения – ватт. 1Вт = 1В х 1А. На производстве и в быту используются более крупные значения – киловатты и мегаватты.

К реактивной мощности относится такая электрическая нагрузка, которая создается в устройствах за счет индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля. В переменном токе эта величина представляет собой произведение, выраженное следующей формулой: Q = U х I х sin(угла). Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q является реактивной мощностью, измеряемой в Вар – вольт-ампер реактивный. Данные расчеты помогают эффективно решить вопрос, как найти мощность электрического тока, а формула, существующая для этого, позволяет быстро выполнить вычисления.

Обе мощности можно наглядно рассмотреть на простом примере. Какое-либо электротехническое устройство оборудовано нагревательными элементами – ТЭНами и электродвигателем. Для изготовления ТЭНов используется материал, обладающий высоким сопротивлением, поэтому при прохождении по нему тока, вся электрическая энергия преобразуется в тепловую. Данный пример очень точно характеризует активную электрическую мощность.

Что касается электродвигателя, то внутри него расположена медная обмотка, обладающая индуктивностью, которая, в свою очередь, обладает эффектом самоиндукции. Благодаря этому эффекту, происходит частичный возврат электричества обратно в сеть. Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением в параметрах напряжения и тока, оказывая негативное влияние на электрическую сеть в виде дополнительных перегрузок.

Такие же свойства имеют и конденсаторы из-за своей электрической емкости, когда накопленный заряд отдается обратно. Здесь также смещаются значения тока и напряжения, только в противоположном направлении. Данная энергия индуктивности и емкости, со смещением по фазе относительно значений действующей электросети, как раз и есть реактивная электрическая мощность. Благодаря противоположному эффекту индуктивности и емкости в отношении сдвига фазы, становится возможным выполнить компенсацию реактивной мощности, повышая, тем самым, эффективность и качество электроснабжения.

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения. Для измерения силы тока существует прибор – амперметр. Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов. Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.

Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I. При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ. Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети. Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.

Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности. При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки. Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.

При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95. Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8. Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.

Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.

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.

Мощность электрического тока — Технарь

С мощностью электрического тока мы уже встречались, когда вводили понятие напряжения. Выведем теперь формулу для расчета мощности электрического тока. Вспомним, что напряжение на концах участка цепи равно отношению мощности к силе тока. Это кратко можно записать в виде формулы:

U = P/I

в которой буквой U обозначено напряжение, Р — мощность и I — сила тока. Из этой формулы легко получить формулу для расчета мощности электрического тока:

P = UI

Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока.

Единицей мощности, как мы знаем, является 1 ватт, по формуле мощности электрического тока ватт можно выразить через вольт и ампер.

1 ватт = 1 вольт X 1 ампер, или 1 Вт = 1 В • 1 А = 1 В • А.

В практике используются также единицы мощности, дольные и кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).

1 гВт = 100 Вт; 1 кВт = 1000 Вт; 1 МВт = 1,000 000 Вт.

В таблице 14 приведены мощности некоторых источников и потребителей электрического тока.

Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, перемножают напряжение и силу тока, найденные по показаниям приборов.

Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи.

Вопросы. 1. Что называют мощностью? 2. Как рассчитать мощность? 3. Как выражается мощность электрического тока через напряжение и силу тона? 4. Что принимают за единицу мощности? 5. Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока? 6. Какие единицы мощности используют на практике?

Упражнения. 1. В цепь с напряжением 127 В включена электрическая лампа, сила тока в которой 0,6 А. Найдите мощность тока в лампе. 2. Электроплитка рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 3 А Определите мощность тока в плитке. 3. Электрическая лампа мощностью 15 Вт и плитка мощностью 600 Вт включены в осветительную сеть квартиры под напряжением 220 В. Определите силу тока в подводящих ток проводах.

Электроэнергетика и энергия | Безграничная физика

Энергопотребление

Используемая энергия — это временной интеграл от электрической мощности.

Цели обучения

Сформулируйте взаимосвязь между использованием энергии и электрической мощностью

Основные выводы

Ключевые моменты

• Напомним, что мощность — это скорость выполнения работы или скорость, с которой энергия потребляется или производится. По току и напряжению P = IV.
• Используемая энергия — это количество заряда q, прошедшего через напряжение V за интервал времени t.Он равен интегралу мощности во времени.
• Обычной единицей, используемой для описания использования энергии, является киловатт-час, энергия 1000 Вт, действующая в течение одного часа.

Ключевые термины

• киловатт-час : единица электрической энергии, равная мощности одного киловатта, действующего в течение одного часа; равняется 3,6 мегаджоулей. Обозначение: кВтч.

Во многих случаях необходимо рассчитать потребление энергии электрическим устройством или набором устройств, например, в доме.Например, мы (или энергокомпания) можем захотеть рассчитать сумму задолженности за потребленную электроэнергию. В другом случае нам может потребоваться определить энергию, необходимую для питания компонента или устройства в течение заданного периода времени. Последнее различие имеет решающее значение — энергия, используемая схемой или компонентом, равна интегралу по времени от электрической мощности .

Мощность

Напомним, что мощность — это скорость выполнения работы или скорость, с которой энергия потребляется или производится, и измеряется в ваттах (Вт).Электрическая мощность в ваттах, вырабатываемая электрическим током I, состоящим из заряда Q кулонов каждые t секунд, проходящего через разность электрических потенциалов (напряжений) V, равна [латекс] \ text {P} = \ frac {\ text {QV} } {\ text {t}} = \ text {IV} [/ latex], где Q — электрический заряд в кулонах, t — время в секундах, I — электрический ток в амперах, а V — электрический потенциал или напряжение в вольтах. 2} {\ text {R}} [/ latex], где R — электрическое сопротивление.Власть не обязательно постоянна; он может меняться со временем. Тогда общее выражение для электроэнергии

.

[латекс] \ text {P} (\ text {t}) = \ text {I} (\ text {t}) \ text {V} (\ text {t}) [/ latex]

, где ток I и напряжение V могут изменяться во времени.

Энергия

В любом заданном временном интервале потребляемая (или предоставляемая, в зависимости от вашей точки зрения) энергия определяется выражением [latex] \ text {PE} = \ text {qV} [/ latex], где E — электрическая энергия, V — напряжение, а q — количество заряда, перемещенного за рассматриваемый интервал времени.Мы можем связать общую потребляемую энергию с мощностью, интегрируя по времени: Положительная энергия соответствует потребляемой энергии, а отрицательная энергия соответствует производству энергии. Обратите внимание, что элемент схемы, имеющий как положительный, так и отрицательный профиль мощности в течение некоторого промежутка времени, может потреблять или производить энергию в соответствии со знаком интеграла мощности. Если мощность постоянна в течение временного интервала, то энергию можно просто выразить как:

[латекс] \ text {E} = \ text {Pt} [/ latex].

Единицы потребления энергии

Мы, конечно, хорошо знакомы с единицей измерения энергии в системе СИ — джоуль. Однако, как правило, в счетах за электроэнергию домохозяйства указывается потребление энергии в киловатт-часах (кВтч). Кроме того, это устройство часто встречается в других местах, когда рассматривается использование энергии энергопотребляющими устройствами, структурами или юрисдикциями. Мы можем проанализировать преобразование киловатт-часов в джоули следующим образом: 1 Вт = 1 Дж / с, киловатт равен 1000 Вт, а один час равен 3600 секундам, поэтому 1 кВт-ч равен (1000 Дж / с) (3600 с). = 3 600 000 джоулей.Это масштаб домашнего использования энергии в США, который составляет порядка сотен киловатт-часов в месяц.

Снижение потребления энергии

Потребляемая электрическая энергия (E) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе.Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях эта цифра приближается к 40%. Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или трубку спиральной формы, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания.(Первоначальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными затратами на КЛЛ были решены в последние годы.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) : КЛЛ намного более эффективны, чем лампы накаливания, и поэтому потребляют гораздо меньше энергии для получения яркого света.

Электрические формулы

Общие электрические единицы, используемые в формулах и уравнениях:

• Вольт — единица электрического потенциала или движущей силы — потенциал требуется для передачи одного ампера тока через один ом сопротивления
• Ом — единица сопротивления — один ом — это сопротивление, обеспечиваемое прохождению одного ампера при подаче одного вольта
• Ампер — единицы тока — один ампер — это ток, который один вольт может передать через сопротивление в один ом
• Ватт — единица электрической энергии или мощности — один ватт равен произведению одного ампера на один вольт — один ампер тока, протекающего под действием силы одного вольта, дает один ватт энергии
• Вольт ампер — произведение вольт и ампер как показывают вольтметр и амперметр — в системах постоянного тока вольт-ампер равен ваттам или передаваемой энергии — в системах переменного тока — вольт s и амперы могут быть или не быть на 100% синхронными — при синхронности вольт-амперы равны ваттам на ваттметре — когда несинхронные вольт-амперы превышают ватты — реактивная мощность
• киловольт-ампер — один киловольт-ампер — кВА — равно 1000 вольт ампер
• Коэффициент мощности — отношение ватт к вольт-амперам

Электрический потенциал — закон Ома

Закон Ома можно выразить как:

U = RI (1a)

U = P / I (1b)

U = (PR) ^1/2 (1c)

Скачать и распечатать Закон Ома

Электрический ток — Закон Ома

I = U / R (2a)

I = P / U (2b)

I = (P / R) ^1/2 (2c)

Электрическое сопротивление — закон Ома

R = U / I (3a)

R = U ² / P ( 3b)

R = P / I ² (3c)

Пример — закон Ома

Батарея 12 вольт обеспечивает питание с сопротивлением 18 Ом .

I = (12 В) / (18 Ом )

= 0,67 (A)

Электроэнергия

P = UI (4a)

P = RI ² (4b)

P = U ² / R (4c)

где

P = мощность (Вт, Вт, Дж / с )

U = напряжение (вольт, В)

I = ток (амперы, А)

R = сопротивление (Ом, Ом)

Скачать и распечатать закон Ома

Скачать и распечатать Закон Ома

Electric Energy

Электрическая энергия — это мощность, умноженная на время:

W = P t (5)

whe re

Вт = энергия (Вт, Дж)

t = время (с)

Альтернатива — мощность может быть выражена

P = Вт / т (5b)

Мощность потребление энергии потреблением времени.

Пример — потеря энергии в резисторе

Батарея 12 В подключена последовательно с сопротивлением 50 Ом . Мощность, потребляемая резистором, может быть рассчитана как

P = (12 В) ² / (50 Ом)

= 2,9 Вт

Энергия, рассеиваемая за 60 секунд , может быть рассчитана

Вт = (2,9 Вт) (60 с)

= 174 Вт, Дж

= 0.174 кВт

= 4,8 10 ^-5 кВтч

Пример — электрическая плита

Электрическая плита потребляет 5 МДж энергии от источника питания 230 В при включении в течение 60 минут .

Номинальная мощность — энергия в единицу времени — печи может быть рассчитана как

P = (5 МДж) (10 ⁶ Дж / МДж) / ((60 мин) (60 с / мин))

= 1389 Вт

= 1.39 кВт

Ток можно вычислить

I = (1389 Вт) / (230 В)

= 6 ампер

Электродвигатели

КПД электродвигателя

μ = 746 P / P _{input_w} (6)

где

μ = КПД

P _{л.с. )}

или альтернативно

μ = 746 P _л.с. / (1.732 VI PF) (6b)

Электродвигатель — мощность

P _{3 фазы} = (UI PF 1,732) / 1,000 (7)

где

P _{3 фазы} = электрическая мощность трехфазного двигателя (кВт)

PF = коэффициент мощности электродвигателя

Электродвигатель — ток

I _{3-фазный} = (746 P _л.с. ) / (1 .732 В μ PF) (8)

где

I _{3-фазный} = электрический ток 3-фазный двигатель (амперы)

PF = коэффициент мощности электродвигателя

Учебное пособие по физике: новый взгляд на электрическую энергию

В предыдущем разделе Урока 3 подробно обсуждалась зависимость тока от разности электрических потенциалов и сопротивления. Ток в электрическом устройстве прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к устройству, и обратно пропорционален сопротивлению устройства.Если это так, то скорость, с которой это устройство преобразует электрическую энергию в другие формы, также зависит от тока, разности электрических потенциалов и сопротивления. В этом разделе Урока 3 мы вернемся к концепции мощности и разработаем новые уравнения, которые выражают мощность через ток, разность электрических потенциалов и сопротивление.

Новые уравнения мощности

В Уроке 2 было введено понятие электроэнергии.Электрическая мощность была определена как скорость, с которой электрическая энергия подается в цепь или потребляется нагрузкой. Уравнение для расчета мощности, подаваемой в цепь или потребляемой нагрузкой, было получено равным

.

P = ΔV • I

(Уравнение 1)

Две величины, от которых зависит мощность, связаны с сопротивлением нагрузки по закону Ома. Разность электрических потенциалов ( ΔV ) и ток ( I ) могут быть выражены в терминах их зависимости от сопротивления, как показано в следующих уравнениях.

ΔV = (I • R)

I = ΔV / R

Если выражения для разности электрических потенциалов и тока подставить в уравнение мощности, можно вывести два новых уравнения, которые связывают мощность с током и сопротивлением, а также с разностью электрических потенциалов и сопротивлением. Эти выводы показаны ниже.

Уравнение 2: P = ΔV • I P = (I • R) • I P = I 2 • R

Уравнение 3: P = ΔV • I P = ΔV • (ΔV / R) P = ΔV 2 / R

Теперь у нас есть три уравнения для электрической мощности, два из которых получены из первого с использованием уравнения закона Ома.Эти уравнения часто используются в задачах, связанных с вычислением мощности на основе известных значений разности электрических потенциалов (ΔV), тока (I) и сопротивления (R). Уравнение 2 связывает скорость, с которой электрическое устройство потребляет энергию, с током в устройстве и сопротивлением устройства. Обратите внимание на двойную важность тока в уравнении, обозначенную квадратом тока. Уравнение 2 можно использовать для расчета мощности при условии, что известны сопротивление и ток.Если одно из них неизвестно, то необходимо будет либо использовать одно из двух других уравнений для расчета мощности, либо использовать уравнение закона Ома для расчета количества, необходимого для использования уравнения 2.

Уравнение 3 связывает скорость, с которой электрическое устройство потребляет энергию, с падением напряжения на устройстве и сопротивлением устройства. Обратите внимание на двойное значение падения напряжения, обозначенное квадратом ΔV. Уравнение 3 можно использовать для расчета мощности при условии, что известны сопротивление и падение напряжения.Если одно из них неизвестно, важно либо использовать одно из двух других уравнений для расчета мощности, либо использовать уравнение закона Ома для расчета количества, необходимого для использования уравнения 3.

Концепции на первом месте

Хотя эти три уравнения предоставляют удобные формулы для вычисления неизвестных величин в физических задачах, нужно быть осторожным, чтобы не использовать их неправильно, игнорируя концептуальные принципы, касающиеся схем.Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что вам задали такой вопрос: если бы 60-ваттную лампу в бытовой лампе заменить на 120-ваттную лампу, то во сколько раз ток в цепи этой лампы был бы больше? Используя уравнение 2, можно предположить (ошибочно), что удвоение мощности означает, что количество I ² должно быть удвоено. Таким образом, ток должен увеличиться в 1,41 раза (квадратный корень из 2). Это пример неправильного рассуждения, поскольку он удаляет математическую формулу из контекста электрических цепей.Принципиальная разница между лампочкой на 60 Вт и лампой на 120 Вт заключается не в токе в лампе, а в ее сопротивлении. У этих двух лампочек разные сопротивления; разница в токе — это просто следствие этой разницы в сопротивлении. Если лампы находятся в патроне лампы, который подключен к розетке в США, то можно быть уверенным, что разность электрических потенциалов составляет около 120 вольт. ΔV будет одинаковым для каждой лампы.Лампа мощностью 120 Вт имеет меньшее сопротивление; и, используя закон Ома, можно было бы ожидать, что он также имеет более высокий ток. Фактически, 120-ваттная лампа будет иметь ток 1 А и сопротивление 120 Ом; 60-ваттная лампа будет иметь ток 0,5 А и сопротивление 240 Ом.

Расчеты для 120-ваттной лампы P = ΔV • I I = P / ΔV I = (120 Вт) / (120 В) I = 1 А ΔV = I • R R = ΔV / I R = (120 В) / (1 А) R = 120 Ом

Расчеты для 60-ваттной лампы P = ΔV • I I = P / ΔV I = (60 Вт) / (120 В) I = 0.5 ампер ΔV = I • R R = ΔV / I R = (120 В) / (0,5 А) R = 240 Ом

Теперь, используя уравнение 2 правильно, можно понять, почему удвоенная мощность означает, что будет удвоенный ток, поскольку сопротивление также изменяется при замене лампы. Расчет тока ниже дает тот же результат, что и выше.

Расчеты для 120-ваттной лампы P = I 2 • R I 2 = P / R I 2 = (120 Вт) / (120 Ом) I 2 = 1 Вт / Ом I = SQRT (1 Вт / Ом) I = 1 А

Расчеты для 60-ваттной лампы P = I 2 • R I 2 = P / R I 2 = (60 Вт) / (240 Ом) Я 2 = 0.25 Вт / Ом I = SQRT (0,25 Вт / Ом) I = 0,5 А

Проверьте свое понимание

1. Что будет толще (шире) — нить накала 60-ваттной лампочки или 100-ваттная? Объяснять.

2.Вычислите сопротивление и силу тока ночной лампочки 7,5 Вт, подключенной к розетке в США (120 В).

3. Рассчитайте сопротивление и силу тока электрического фена мощностью 1500 Вт, подключенного к домашней розетке в США (120 В).

4. Коробка на настольной пиле показывает, что сила тока при запуске составляет 15 ампер. Определите сопротивление и мощность двигателя за это время.

5. На наклейке на проигрывателе компакт-дисков написано, что он потребляет ток 288 мА при питании от 9-вольтовой батареи. Какая мощность (в ваттах) у проигрывателя компакт-дисков?

6. Тостер на 541 Вт подключается к бытовой розетке на 120 В. Какое сопротивление (в Ом) тостера?

7.Цветной телевизор имеет ток 1,99 А при подключении к 120-вольтовой электросети. Какое сопротивление (в Ом) у телевизора? А какая мощность (в ваттах) у телевизора?

Уравнение электроэнергии

Количество электроэнергии, потребляемой электрической энергией, можно легко рассчитать, а также можно рассчитать стоимость электроэнергии, используемой для конкретного устройства

Расчет электроэнергии

Количество электроэнергии, передаваемой прибору, зависит от его мощности и продолжительности включения.Количество передаваемой электрической энергии от сети измеряется в киловатт-часах, кВтч. Одна единица — 1 кВтч.

Формула электрической энергии

E = P × t

• E — переданная энергия в киловатт-часах, кВтч
• P — мощность в киловаттах, кВт
• T — время в часах, ч.

Обратите внимание, что мощность здесь измеряется в киловаттах, а не в обычных ваттах. Чтобы преобразовать Вт в кВт, необходимо разделить на 1000.

Например, 1000 Вт = 1000 ÷ 1000 = 1 кВт.

Также обратите внимание, что здесь время измеряется в часах, а не в секундах. Чтобы перевести секунды в часы, нужно разделить на 3600.

Например, 7200 с = 7200 ÷ 3600 = 2 часа.

Закон Ома

Самым важным описанием электрической энергии является закон Ома. В нем говорится, что

«При постоянной температуре ток через проводник прямо пропорционален разности потенциалов в точках»

т.е.V α I

А также можно записать как V = IR

Где R — сопротивление проводника

Формула для расчета мощности от электрической энергии

Формула, связывающая энергию и мощность:

Энергия = Мощность x Время.

Единица измерения энергии — джоуль, единица мощности — ватт, единица времени — секунда.

Если мы знаем мощность прибора в ваттах и ​​сколько секунд оно используется, мы можем вычислить количество джоулей электрической энергии, которые были преобразованы в другую форму вылета.

Например, Если лампу на 40 ватт включить на один час, сколько джоулей электрической энергии было преобразовано лампой?

Энергия (Вт) = Мощность x Время

Энергия = 40 x 3600

= 14 400 джоулей

Примеры электроэнергии

Вычислите количество тепла, выделяемого электрическим утюгом с сопротивлением 30 Ом и потребляющим ток 3 ампера при включении в течение 15 секунд.

Энергия = Мощность x Время

Мощность = I2R

= 32 * 30

= 270 Вт

Энергия = Мощность x Время

= 270 х 15

= 4050 джоулей

Важные факты, касающиеся уравнений электроэнергии

• Мы платим за энергию (не заряд, не ток или напряжение).
• Электроэнергетические компании используют внесистемную единицу — кВтч для расчета наших счетов.

Запоминание

Электрическая энергия определяется как общая выполненная работа или энергия, поставленная источником ЭДС. в поддержании тока в электрической цепи в течение заданного времени:
Электрическая энергия = электрическая мощность × время = P × t.

Таким образом, формула для электрической энергии имеет вид:

Электрическая энергия = P × t = V × I × t = I2 × R × t = V2t / R.

• S.I единицей электрической энергии является джоуль (обозначается Дж), где 1 джоуль = 1 ватт × 1 секунда = 1 вольт × 1 ампер × 1 секунда.
• Коммерческой единицей электроэнергии является киловатт-час (кВтч), где 1 кВтч = 1000 Втч = 3,6 × 106Дж = одна единица потребляемой электроэнергии.
• Количество единиц потребляемой электроэнергии: n = (общая мощность × время в часе) / 1000.
• Стоимость потребления электроэнергии в доме = нет. единиц потребляемой электрической энергии × количество на одну единицу электрической энергии.{2}} {\ text {9,8}} \\ & = \ текст {3,67} \ текст {Ω} \ end {выровнять *}

  Теперь мы можем найти неизвестное сопротивление, сначала вычислив эквивалентное параллельное сопротивление:

  \ begin {align *} \ frac {1} {R_ {p}} & = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} + \ frac {1} {R_ {3}} \\ & = \ frac {1} {1} + \ frac {1} {5} + \ frac {1} {3} \\ & = \ frac {23} {15} \\ R_ {p} & = \ text {0,65} \ text {Ω} \ end {выровнять *} \ begin {align *} R_ {s} & = R_ {4} + R_ {p} \\ R_ {4} & = R_ {s} — R_ {p} \\ & = \ text {3,67} — \ text {0,65} \\ & = \ текст {3,02} \ текст {Ω} \ end {выровнять *}

  Теперь мы можем рассчитать общий ток:

  \ begin {align *} I & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {6} {\ text {3,67}} \\ & = \ текст {1,63} \ текст {А} \ end {выровнять *}

  Это ток в последовательном резисторе и во всем параллельном соединении.{2} (\ text {3,02}) \\ & = \ текст {0,89} \ текст {W} \ end {выровнять *}

  Затем мы находим напряжение на этих резисторах и используем его, чтобы найти напряжение на параллельной комбинации:

  \ begin {align *} V & = IR \\ & = (\ text {1,63}) (\ text {3,02}) \\ & = \ текст {4,92} \ текст {V} \ end {выровнять *} \ begin {align *} V_ {T} & = V_ {1} + V_ {p} \\ V_ {p} & = V_ {T} — V_ {1} \\ & = \ text {6} — \ text {4,92} \\ & = \ текст {1,08} \ текст {V} \ end {выровнять *}

  Это напряжение на каждом из параллельных резисторов.{2}} {\ text {3}} \\ & = \ текст {3,5} \ текст {W} \ end {выровнять *}

  Электроэнергия, работа и мощность

  Чтобы понять, как работают устойчивые технологии, важно усвоить определенные основные принципы. Знать, как фотоэлектрические элементы преобразуют солнечную энергию в электричество, означает понимать основы электричества и света. Понимание того, как ветряные турбины производят электричество, означает понимание кое-чего о власти, работе и электромагнетизме. В этом модуле будут представлены основные концепции, необходимые для понимания технологий, обсуждаемых в этом курсе.Хотя формулы иногда используются для объяснения основных принципов, суть не в том, чтобы уметь решать количественные проблемы. Формулы помогут вам увидеть взаимосвязь.

  Цели обучения: Учащиеся смогут:

  1. Выделите различия между энергией, работой и мощностью и приведите примеры каждого из них с использованием соответствующих единиц.
  2. Дайте соответствующие определения следующим электрическим терминам: электрон, электрический заряд, электрический потенциал, сопротивление, ток, мощность, проводник, полупроводник и изолятор.

     Студент сможет сопоставить электрические величины / свойства с различными единицами измерения, используемыми в электротехнике (например, вольты, амперы, ватты, омы, ампер-часы, киловатт-часы и т. Д.).
     

  3. Обозначить элементы электрической цепи.
  4. Укажите различия между параллельными и последовательными цепями и отметьте влияние на электрический потенциал (измеренный в вольтах) и ток (измеренный в амперах).
     
  5. Объясните взаимосвязь между потоком тока и магнетизмом и покажите, как это лежит в основе электродвигателей и генераторов.
  6. Различайте электричество постоянного и переменного тока, определите полезные качества каждого из них, отметьте, какие устройства связаны с каждым из них, и опишите роль силовых инверторов.

  Энергия, работа и мощность

  Перейти к: Force | Работа | Мощность

  Проще говоря, Вселенная состоит из четырех вещей: пространства, времени, массы и энергии. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Но Эйнштейн показал нам, что энергию можно превратить в массу и наоборот.Второй закон термодинамики гласит, что каждый раз, когда энергия меняет форму, часть ее превращается в тепло. Энергия бывает разных форм. Самая полезная энергия или энергия высочайшего качества — это то, что мы можем использовать для работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может быть использована для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

  Потенциальная и кинетическая энергия

  Происхождение: Первоисточник: Environment Canada (https: // www.ec.gc.ca/eau-water/default.asp?lang=en&n=00EEE0E6-1), доступ через USGS: https://water.usgs.gov/edu/wuhy.html Это воспроизведение является копией официального работа, опубликованная правительством Канады, и ее воспроизведение не было произведено при поддержке или с одобрения правительства Канады.
  Повторное использование: Информация на этом веб-сайте была размещена с намерением сделать ее доступной для личного или публичного некоммерческого использования и может быть воспроизведена частично или полностью и любыми средствами без взимания платы или дополнительного разрешения, если не указано иное.Пользователи должны: проявлять должную осмотрительность для обеспечения точности воспроизводимых материалов; Укажите как полное название воспроизводимых материалов, так и организацию автора; и Укажите, что воспроизведение является копией официального произведения, опубликованного правительством Канады, и что воспроизведение не было произведено при поддержке или с одобрения правительства Канады.

  Самая низкая форма энергии с точки зрения полезности — тепло.Да, тепло можно использовать для производства пара и привода электрических турбин. Но для этого требуется много тепла, и это тепло должно исходить от какого-то другого источника энергии, например, горящего угля или солнечного света. Физики используют термин энтропия, чтобы описать изменение полезной энергии на менее полезное тепло.

  Проще говоря, вселенная состоит из четырех вещей; пространство, время, масса и энергия. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. (Хотя позже Эйнштейн показал, что для ядерных реакций энергию можно превратить в массу и наоборот).Энергия бывает разных форм. Когда энергия передается от одного объекта к другому или когда она трансформируется из одного типа в другой, ее можно использовать для выполнения работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может быть использована для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

  Энтропия — это мера распределения энергии. Концентрированные формы энергии, такие как энергия, хранящаяся в ядре атома, в химических связях или в высоковольтных электрических устройствах, очень полезны для выполнения работы.С другой стороны, менее концентрированные формы энергии, такие как низкотемпературное тепло, вибрации или звуковые волны, гораздо менее полезны. Второй закон термодинамики гласит, что всякий раз, когда энергия используется для выполнения работы, часть энергии превращается из концентрированной формы в менее полезную. Физики говорят, что по мере того, как энергия распространяется или рассеивается, энтропия увеличивается. Одним из результатов второго закона термодинамики является то, что ни один процесс не может преобразовать 100% энергии в полезную работу.

  Что такое энергия? Полезно разделить энергию на два списка. Кинетическая энергия — это энергия движущегося объекта. Падающая вода (реагирующая на силу тяжести), солнечный свет, электроны, протекающие по проводу (электричество), велосипед в движении, использование мышц для движения глаз во время чтения — все это примеры кинетической энергии. Потенциальная энергия — это то, что сохраняется и готово к преобразованию в кинетическую энергию. Это включает воду, удерживаемую плотиной, электрический заряд, хранящийся в батарее, химическую энергию, хранящуюся в жирах и сахарах, и химическую энергию, хранящуюся в бензине и угле.

  На схеме гидроэлектростанции вода, стекающая по напорному штоку, имеет кинетическую энергию. Эта кинетическая энергия используется для вращения турбины, подключенной к электрогенератору. Вода, хранящаяся за плотиной, имеет потенциальную энергию или запасенную энергию. Обратите внимание, что сила тяжести, действующая на воду, в каждом случае обеспечивает энергию.
  

  Force

  Когда к объекту прикладывается энергия, мы думаем об этом как о силе .Некоторые силы требуют контакта между двумя объектами, а другие действуют на расстоянии. Силы, которые требуют контакта , включают толкание, тянущее усилие (натяжение) и трение. Силы, которые работают без прямого контакта между объектами, включают гравитацию, магнетизм и электрическую силу. Стандартная единица силы названа в честь сэра Исаака Ньютона, отца физики. Один Ньютон (1 Н) = количество силы для ускорения 1 кг массы на один метр в секунду ² . Или 1 Н = (1 кг х 1 м) / с ² .

  Аппарат Джоуля для демонстрации эквивалентности работы и тепла

  Provenance: Изображение из нового ежемесячного журнала Harper’s, № 231, август 1869 г. Доступно по: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Joule%27s_Apparatus_(Harper%27s_Scan).png
  Повторное использование: Этот элемент является общественным достоянием и может быть использован повторно без ограничений.

  Работа

  Мы используем энергию для работы. Самый простой способ думать о работе — это перемещать объект.Когда к объекту прикладывается сила (масса, умноженная на ускорение), которая заставляет этот объект перемещаться, пройденное расстояние — это уже выполненная работа. Но мы используем энергию для выполнения большего количества работ, чем перемещение мебели или автомобилей. Работа также выполняется, когда мы используем солнечный свет или природный газ для обогрева наших домов, когда мы используем электричество для освещения наших комнат или когда мы используем бутерброд с арахисовым маслом и желе для питания клеток нашего мозга.

  Поскольку энергия бывает разных форм, неудивительно, что существуют разные способы ее измерения.Трудно отслеживать все различные единицы энергии. Посмотрите на таблицу ниже, чтобы увидеть некоторые единицы и отношение к джоулям, который является золотым стандартом измерения энергии. Он назван в честь Джеймса Джоуля, пивовара 19-го века, который показал эквивалентность механической работы и тепла. Один джоуль примерно равен количеству энергии, необходимому для поднятия 100-граммового яблока на 1 метр (3,3 фута).

  Изображенный аппарат был использован Джеймсом Джоулем для демонстрации эквивалентности механической работы и тепла.Он рассчитал работу, выполняемую силой тяжести на гирю. Эта тяга повернула лопаточные колеса, которые смешали воду в изолированном контейнере. Вода нагревается при перемешивании, показывая, что тепло = работа.
  

  Паровая машина Ватта

  Происхождение: Викикоммонов: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SteamEngine_Boulton%26Watt_1784.png
  Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

  Мощность

  Мощность — это показатель того, сколько энергии используется за определенный период времени. Для этого мы можем использовать ватт. Джеймс Ватт был пионером в понимании физики энергии и разработал один из первых успешных паровых двигателей. Он одолжил нам свою фамилию для этого подразделения.

  Это изображение паровой машины, разработанной совместно Джеймсом Ваттом для откачки воды из затопленных угольных шахт в Англии.

  Ватт — это один джоуль энергии, затрачиваемый за секунду. Таким образом, ватт включает в себя как затраченную энергию, так и время, в течение которого она была затрачена.По аналогии, вы можете получить один галлон воды из капающего крана за час или из открытого крана за 15 секунд. В конце концов, вы все равно получите галлон воды, но во втором случае вода течет в ведро намного быстрее. Так что аспект времени важен. Мы используем термин мощность для обозначения количества энергии и скорости ее доставки. Джоуль — это член энергии, а ватт — член мощности.

  Насколько велик ватт мощности? Подбрасывание 100 г яблока в воздух на 1 м (3.3 фута) потребляет 1 ватт мощности. Ноутбук, который вы, возможно, используете для чтения, потребляет около 5 & acirc; & # 128; & # 147; 50 ватт, в зависимости от того, работает ли у вас в фоновом режиме музыка или работают другие приложения. Старомодная лампа накаливания мощностью 100 Вт потребляет 1 киловатт-час электроэнергии, если оставить ее включенной на 10 часов. Киловатт — это 1000 ватт, сокращенно кВт. 10 часов x 100 Вт = 1000 кВтч. Обратите внимание на разницу между кВт и кВтч. КВт — это мера мощности, а кВтч — мера того, сколько энергии было использовано в целом.

  Яблоко, падающее на метр, делает это с мощностью 1 ватт.

  Происхождение: Эван-Амос Автор изображения
  Повторное использование: Лицо, связавшее произведение с этим документом, посвятило произведение общественному достоянию, отказавшись от всех своих прав на произведение во всем мире в соответствии с законом об авторском праве, включая все смежные и смежные права в пределах, разрешенных законом. Вы можете копировать, изменять, распространять и выполнять работу даже в коммерческих целях, не спрашивая разрешения

  Вы не понимаете, что такое кВт и кВтч? Это уловка.Помните, что ватт — это джоуль / сек. Значит, в ватт или киловатт уже заложено время. Это энергия / время. Это мощность, скорость использования энергии. Но мощность не сообщает вам, сколько энергии было использовано за определенный период времени. Чтобы получить это, вам нужно умножить мощность на время. Затем единицы времени должны быть зачеркнуты. Увы, принято оставлять час на месте — глупо, но так оно и делается. 1 кВтч = 1 кВт x 1 час.

  Вот пример. В моем доме есть фотоэлектрическая система (солнечная электроэнергия), которая в идеальных условиях приятного солнечного прохладного дня рассчитана на выработку 4 кВт.За 4 часа это составит:

  4 кВт x 4 часа = 16 кВт · ч электроэнергии. В частично облачный день система может работать на половинной мощности или на 2 кВт выходной мощности. При такой скорости мне потребуется 8 часов, чтобы выработать те же 16 кВт · ч, что я сделал в солнечный день; 2кВт x 8 часов = 16 кВтч.

  В состоянии покоя типичный человек использует энергию мощностью 80 Вт для обеспечения жизненных функций организма (так называемый метаболизм в состоянии покоя). Взрослый мужчина может съедать около 2000 килокалорий в день. Одна ккал = 1,163 Втч. Таким образом, диета на 2000 ккал обеспечит 2326 Втч или 2 Втч.326 кВтч. Если бы человек просто пролежал в постели 24 часа, он бы сжег 80 Вт x 24 часа = 1920 Вт · ч или 1 920 кВт · ч. Если этот парень останется в постели и продолжит так есть, он в конечном итоге потребляет 2,326 кВтч & acirc; & # 128; & # 147; 1,920 кВтч = 0,406 кВтч больше, чем он использует, и это будет храниться в виде жира. Фунт жира равен примерно 3500 ккал (4 070,5 кВтч). Так что через десять дней он может прибавить еще фунт. Интенсивная поездка на велосипеде использует энергию в размере 200 Вт. Поэтому ему следует подумать о двухчасовой поездке на велосипеде, чтобы оставаться в форме (0.2 кВт для езды на велосипеде x 2 часа = 4,0 кВтч).

  Сводка по силе, работе и мощности

  Сила = Энергия, приложенная к объекту (измеряется в ньютонах).

  Работа = Сила X Расстояние или количество переданного тепла (Измеряется в Джоулях или калориях) .

  Мощность = работа / время (измеряется в ваттах с)

  Различные единицы энергии

  1 калория (термохимическая) = 4.184 Дж

  1 британская тепловая единица = 251,9958 калорий

  1 БТЕ (термохимический) = 1054,35 Дж

  1 киловатт-час (кВтч) = 3,6 x 106 Дж

  1 киловатт-час (кВтч) = 3412 британских тепловых единиц (IT)

  1 терм = 100 000 британских тепловых единиц

  1 электрон-вольт = 1,6022 x 10-19 Дж

  Электричество и магнетизм

  Изолированные провода

  Происхождение: Чатама размещено на Викискладе https://commons.wikimedia.org/wiki/File:600V_CV_5.5sqmm.jpg
  Повторное использование: Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Непортированная лицензия. Вы можете: делиться — копировать, распространять и передавать произведение для ремикса — адаптировать произведение При следующих условиях: приписывание — вы должны указать произведение в порядке, указанном автором или лицензиаром (но ни в коем случае не предполагает, что они одобряют вас или ваше использование произведения). делиться одинаково — если вы изменяете, трансформируете или расширяете эту работу, вы можете распространять полученную работу только по той же или аналогичной лицензии, что и эта.

  Теперь, когда у вас есть хорошее представление об энергии, работе и мощности, пора зарядиться и изучить электричество! Древние имели смутное представление об электричестве из-за своего жизненного опыта.Рыбаки, ловившие разного рода «электрическую рыбу», при обращении с ней подвергались шоку. Другие чувствовали воздействие статического электричества от своей шерстяной одежды. Египтяне видели связь между электрической рыбой и молнией. Но только около 1600 года начались серьезные научные исследования электричества. Усилиями многих исследователей к концу XIX века было разработано хорошее понимание электричества и того, как его использовать.

  Напомним, что вся материя состоит из атомов.А атомы состоят из нескольких основных частиц: электронов с отрицательным зарядом, протонов с положительным зарядом и нейтронов без заряда. Электричество можно представить как поток электронов через проводник, подобный медному проводу. На самом деле это не поток электронов, а импульс, который проходит по проводу.

  Хорошие проводники, как и металлы, легко пропускают электричество. У них есть электроны на внешних орбиталях, с которыми легко вступить в контакт. Плохие проводники называются изоляторами, и они не пропускают беспрепятственный ток электричества.Даже самые лучшие проводники оказывают некоторое сопротивление току электричества. Такое сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом. Стекло — хороший изолятор и, следовательно, плохой проводник.

  Третий класс соединений — полупроводники. Они реагируют на изменение условий, чтобы включить или выключить подачу электричества. Полупроводники часто содержат смесь кремния и металлов. Пластины из этих полупроводников лежат в основе «микросхем» компьютера, а также являются основой для светодиодных ламп и фотоэлектрических (солнечных) элементов.

  Фотоэлектрические панели изготовлены из полупроводников.

  Происхождение: Фото Б. Кукера
  Повторное использование: Бесплатно для повторного использования

  Панели фотоэлементов, которые производят электричество из солнечного света, сделаны из полупроводников.

  Для подачи электричества должна быть замкнутая цепь. Электроны должны начинать с состояния с высокой энергией и заканчиваться в состоянии с низкой энергией. Ниже представлена ​​схема простой схемы. Обратите внимание, что электричество проходит от высокоэнергетического конца батареи через лампу, а затем обратно к низкоэнергетическому концу батареи.Когда выключатель разомкнут, подача электричества прекращается.

  Об электричестве просто думать как об электроне (или импульсе размером с электрон), протекающем по проводнику. Но на практике один электрон слишком мал и несет слишком мало энергии, чтобы выполнять какую-либо реальную работу. Однако групповые потоки электронов могут вызвать сильный толчок! Кулон равен 6,24 × 10 ¹⁸ электронов. А amp — это поток в один кулон в секунду через проводник. Таким образом, усилители измеряют скорость потока электричества.Мы называем поток электричества током.

  Не все электричество течет с одинаковой силой. Чтобы понять это, подумайте о давлении или силе воды, выходящей из трубы. Если труба прикреплена к резервуару наверху высокого здания, вода будет иметь гораздо большее давление, чем если бы резервуар был на 30 см выше трубы. То же самое и с электричеством. «Давление» электричества — это электрический потенциал. Электрический потенциал — это количество энергии, доступное для проталкивания каждой единицы заряда через электрическую цепь.Единицей измерения электрического потенциала является вольт. Вольт равен джоуля на кулон. Таким образом, если автомобильный аккумулятор имеет электрический потенциал 12 вольт, он может обеспечить 12 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который он подает на стартер. Точно так же, если розетка в вашем доме имеет электрический потенциал 120 вольт, то она может обеспечить 120 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который доставляется к устройству, подключенному к стене. (Примечание: величина «электрический потенциал» иногда называется несколькими разными именами, включая напряжение, разность потенциалов и электродвижущую силу.Для ясности мы всегда будем ссылаться на электрический потенциал, который измеряется в вольтах). Электроны высокого напряжения возвращаются в «основное состояние» с большей энергией, чем электроны низкого напряжения.

  А В — это сила, необходимая для перемещения одного А через проводник с сопротивлением 1 Ом .

  Вы думаете: «Кажется, существует связь между усилителями, вольтами и омами» & acirc; & # 128; & # 148; и ты прав! Электрический потенциал = ток x сопротивление.Это закон Ома, который обычно записывается как: E = I x R . E — электрический потенциал, измеренный в вольтах, I — ток, измеренный в амперах, а R — сопротивление, измеренное в омах.

  Электроны, проходящие через сопротивление проволоки, совершают работу. Действительно полезны два вида работы, выполняемой током. Если в проводе имеется большое сопротивление, большая часть работы будет выполняться в виде тепла. Подумайте об электрическом тостере, феном или обогревателе.

  Второй действительно важный вид работы, выполняемой током, протекающим через провод, — это создание магнитного поля.Надеюсь, в детстве вы играли с постоянными магнитами. Вы знаете, что у магнитов два полюса: один называется северным, а другой — южным. Это название связано с использованием магнитов в компасах для определения направления. Вы знаете, что одинаковые концы магнитов отталкиваются друг от друга, а противоположные концы притягиваются. Теперь, когда электрический ток течет по проводу, он становится похож на магнит в том смысле, что у него есть магнитное поле. Однако, в отличие от постоянных магнитов, магнитное поле можно отключить, остановив ток.Это свойство лежит в основе работы электродвигателей. Ток, проходящий через обмотки проводов в электродвигателе, вызывает включение магнетизма. Затем это заставляет двигатели вращаться, притягиваясь и толкаясь притяжением и отталкиванием электромагнитов.

  Работа, совершаемая током с течением времени, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах. Но вы это уже знаете! Напомним, что выше вы узнали, что обычный человек в состоянии покоя сжигает 80 Вт.

  На электричество;

  1 Вт = 1 А x 1 Вольт.

  Уравнение можно изменить для расчета производимого тока;

  1 ампер = 1 Вт / 1 объем т.

  Подведем итоги.

  Ампер измеряет количество электричества, протекающего с течением времени (ток).

  Ом измерьте сопротивление потоку.

  Вольт измеряет количество энергии, доступное для проталкивания каждого заряда.

  Ватт — это мера мощности или работы, которая выполняется с течением времени.

  Вы знаете, что закон Ома устанавливает связь между E, I и R. Но сколько работы уже сделано? Это выражается как Сила. Мощность = Электрический потенциал x Ток, или P = E x I. Эта формула указывает на то, что мощность зависит как от количества поставляемой электроэнергии, так и от силы, стоящей за ней. Например, небольшая солнечная панель может выдавать 18 вольт и 2 ампера. Его мощность составит 18 вольт x 2 ампера = 36 ватт. Теперь можно построить еще одну солнечную панель, чтобы производить 9 вольт и 4 ампер.Его мощность составит 9 вольт x 4 ампера = 36 ватт. Так же, как и другой!

  Цепи

  Простая схема

  Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
  Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать это элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

  Пересмотр простой схемы

  Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
  Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать это элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

  Оборудование, производящее и использующее электричество, подключено в электрическую цепь.Оборудование может быть установлено как последовательно, так и параллельно. Посмотрите на схемы ниже, чтобы увидеть последствия использования последовательной и параллельной схем. Для фотоэлементов (PV) каждая ячейка может производить только около 0,6 вольт. Поскольку для большинства приложений требуется более высокое напряжение, фотоэлементы должны быть подключены последовательно для получения желаемых результатов.

  Последовательная схема

  Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
  Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

  Параллельная схема

  Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
  Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать это элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

  Электродвигатели и генераторы

  Магнитное поле вокруг провода, по которому течет ток

  Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
  Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать это элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

  Напомним, что часть работы, совершаемой электричеством, происходит, когда оно проходит через провод для создания магнитного поля.Ганс Христиан Эрстед обнаружил это в 1820 году. Годом позже Майкл Фарадей показал, что магнитное поле вокруг провода можно использовать для создания электромагнитов, которые могут быть хитроумно скомпонованы для создания электродвигателя.
  Электромагнит

  Происхождение: Оригинальное фото Джины Клиффорд: https://www.flickr.com/photos/cobalt_grrl/2256696466
  Повторное использование: Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0) Бесплатно: Совместное использование — копирование и распространение материал на любом носителе или любом формате. Адаптировать — ремикшировать, преобразовывать и дополнять материал для любых целей, даже для коммерческих целей.

  Обратите внимание на изображение электромагнита, полученное путем наматывания изолированного провода на железный гвоздь. Железный гвоздь концентрирует магнитное поле, создаваемое током в изолированном проводе. Изоляция предотвращает короткое замыкание цепи железным гвоздем.

  На схемах ниже показано, как работает электродвигатель. Обратите внимание, что при каждом половинном обороте контакты в коммутаторе меняют направление тока, чтобы двигатель вращался в том же направлении.

  Простой электродвигатель

  Происхождение: Изображения созданы или предоставлены для изучения.com защищены авторским правом © Chris Woodford (Объясните, что stuff.com) и опубликованы под этой лицензией Creative Commons. http://www.explainthatstuff.com/electricmotors.html
  Повторное использование: Per Creative Commons License: Совместное использование — копирование и распространение материала на любом носителе или формате. Адаптация — ремикс, преобразование и создание материала

  . Простой электродвигатель

  Происхождение: Создано Авинашем Синха в виде оригинального DIY-файла по лицензии Creative Commons на следующем веб-сайте: http: // www.Instructables.com/file/FW079IPGGC2UDG3/
  Повторное использование: При лицензировании CC разрешено следующее: Совместное использование — копирование и распространение материала на любом носителе или в любом формате. Адаптация — ремикс, преобразование и построение материала

  .
  Генератор постоянного тока

  Происхождение: Изображение с сайта www.alternative-energy-tutorials.com, используется с разрешения
  Повторное использование: Все учебные пособия и материалы, опубликованные и представленные на веб-сайте учебных пособий по альтернативным источникам энергии, включая текст, графику и изображения, являются собственностью авторских прав или аналогичных права Учебников по альтернативной энергии, представляющих www.Alternative-energy-tutorials.com, если прямо не указано иное. Согласно веб-мастеру AET: Как вы любезно спросили, я не возражаю против того, чтобы вы бесплатно использовали это изображение в рамках своего веб-курса по энергетике. Тем не менее, я должен попросить вас правильно ссылаться на мои учебные пособия, изображения и сайт: www.alternative-energy-tutorials.com соответственно в своих презентациях.

  Майкл Фарадей не усовершенствовал электродвигатель, но он обнаружил важное свойство электромагнетизма, которое привело к другому великому изобретению — электрическому генератору.Фарадей открыл в 1831 году принцип магнитной индукции. Он обнаружил, что, проводя магнит по проводу, он вызывает электрический ток в замкнутой цепи. Это привело к разработке электрических генераторов. Первые успешные коммерческие разработки появились примерно в 1860 году. Электрогенератор — это, по сути, электродвигатель, который вращается под действием некоторой внешней силы и в ответ производит индуцированный ток. Гибридные электромобили, такие как Toyota Prius, делают именно это. Электродвигатель питается от аккумулятора при нажатии педали акселератора.Когда педаль отпускается, инерция автомобиля действует через вращающиеся колеса, чтобы вращать двигатель, заставляя двигатель работать в качестве генератора, создавая электричество для подзарядки аккумулятора.
  

  Электричество переменного и постоянного тока

  Генератор переменного тока

  Происхождение: Автор: Федеральное управление гражданской авиации http://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aircraft/amt_handbook/media/FAA-8083-30_Ch20.pdf
  Повторное использование: Это изображение или файл являются работой Сотрудник Федерального управления гражданской авиации, принятый на работу или привлеченный к исполнению служебных обязанностей.Это произведение федерального правительства США, изображение находится в общественном достоянии Соединенных Штатов.

  До сих пор мы рассматривали только один вид электричества — постоянный ток (DC). Это то, что производят батареи, солнечные панели и генераторы постоянного тока. Для электричества постоянного тока ток всегда течет в одном и том же направлении. Другой вид электричества — это переменный ток (AC). Как видно из названия, ток переключает направление в проводе с регулярным циклом. Электроэнергия переменного тока — это то, что приходит в наши дома через электросеть.Производится генераторами переменного тока. Генератор переменного тока устроен иначе, чем генератор постоянного тока. Помните, что в генераторе постоянного тока или двигателе есть коммутатор или выпрямитель, который переключает направление тока в катушках якоря (той части, которая вращается). В генераторе переменного тока вместо реверсивного коммутатора используются контактные кольца. Таким образом, с каждой половиной оборота генератора индуцированный ток меняет направление.

  Выходной сигнал генератора переменного тока создает синусоидальную волну при скачках напряжения в цепи взад и вперед.Реверсирование тока происходит быстро. В Соединенных Штатах стандарт для электросети составляет 60 Гц (переключение вперед и назад 60 раз в секунду).
  

  Синусоидальная волна от генератора переменного тока

  Provenance: Booyabazooka в английской Википедии
  Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

  На диаграмме справа показана синусоида, генерируемая генератором переменного тока. При напряжении выше 0 вольт электричество течет в одном направлении, а при напряжении ниже 0 вольт — в другом. Ось Y — напряжение, а ось X — время.

  Короткое видео о разнице между генераторами и двигателями постоянного и переменного тока

  Преимущество использования переменного тока состоит в том, что можно легко повышать или понижать напряжение в различных частях сети системы доставки. Это делают трансформаторы. Трансформатор состоит из двух расположенных бок о бок катушек, большой и малой.Обе катушки имеют общий железный сердечник. Переменный ток, проходящий через небольшую первичную катушку, за счет магнитной индукции создает ток более высокого напряжения в большей вторичной катушке. И обратное также верно: если первичная обмотка больше, вторичная обмотка меньшего размера будет иметь более низкое выходное напряжение.
  

  Трансформатор, используемый для увеличения переменного напряжения

  Происхождение: BillC в англоязычной Википедии
  Повторное использование: Выпущено под лицензией GNU Free Documentation License.

  Зачем вообще увеличивать и уменьшать напряжение? Помните, что V = I x R. Передача электричества на большие расстояния приводит к потере энергии на тепло из-за сопротивления проводов. Чтобы предотвратить это, напряжение увеличивается, что требует меньшего тока и меньших тепловых потерь. Когда вы доберетесь до вашего дома, напряжение снова упадет. По высоковольтным линиям электропередачи может подаваться электроэнергия 765 кВ (то есть 765 тысяч вольт!). То, что получается от розетки, составляет 120 вольт.
  

  Переключение между переменным и постоянным током

  Инвертор для переключения с постоянного на переменный ток

  Происхождение: Фотография сделана Б.Cuker
  Повторное использование: Без копирования, можно использовать для любых целей.

  Поскольку мы используем электричество как переменного, так и постоянного тока, важно уметь преобразовывать одно в другое. Эту работу выполняет устройство, называемое инвертором мощности. Многие бытовые приборы работают от сети переменного тока. Холодильники, кондиционеры, лампы накаливания и люминесцентные лампы, пылесосы, фены и стиральные машины — все напрямую используют кондиционер. Электроника, такая как компьютеры, телевизоры и сотовые телефоны, требует постоянного тока.В устройствах обычно инвертор встроен в шнур питания переменного тока. По проводу, идущему от инвертора, проходит постоянный ток, необходимый устройству. Инверторы

  также могут использоваться для преобразования постоянного тока в переменный. Такие устройства позволяют использовать 12 В постоянного тока автомобиля для питания портативного компьютера. Дома, которые используют фотоэлектрические панели для использования солнечной энергии для производства электроэнергии, также должны преобразовывать свою выработку в соответствии с переменным током, если системы подключены к электросети.

  Оба типа инверторов используют электронные схемы для перехода на электричество.Теория их действия выходит за рамки этого основного устройства. Но вы должны знать, что силовые инверторы подчиняются второму закону термодинамики. Таким образом, в процессе преобразования энергия теряется на тепло. Но современные инверторы могут достигать КПД до 95%.

  Показан силовой инвертор, который преобразует постоянный ток солнечных панелей в переменный ток для фотоэлектрической системы, подключенной к сети.
  

  Хранение и производство электроэнергии с помощью батарей

  Схема свинцово-кислотной батареи

  Provenance: Ohiostandard в английской Википедии — перенесено с en.wikipedia в Commons от Burpelson AFB с использованием CommonsHelper.
  Повторное использование: Разрешено копировать, распространять и / или изменять этот документ в соответствии с условиями лицензии GNU Free Documentation License версии 1.2 или любой более поздней версии, опубликованной Free Software Foundation; без неизменяемых разделов, без текстов на лицевой обложке и без текстов на задней обложке. Копия лицензии включена в раздел под названием GNU Free Documentation License.

  Батареи преобразуют потенциальную энергию химических веществ в кинетическую энергию электричества.Бенджамин Франклин ввел термин «батарея» для описания стопки стеклянных пластин с металлическим покрытием, которые он использовал для хранения энергии. Но то, что у него было, сегодня мы назвали бы конденсаторами. Батареи работают, соединяя вместе два химических материала, которые имеют разное сродство к электронам. Материалы анода предпочитают терять электроны, а материалы катода — получать их. Электроды батареи погружены в раствор, содержащий положительно и отрицательно заряженные ионы, называемый электролитом. При включении в цепь электроны текут от анода к катоду.В то же время отрицательно заряженные ионы в электролите перемещаются от катода к аноду для поддержания нейтральности заряда и тем самым замыкают электрическую цепь.

  В перезаряжаемой батарее реакции на аноде и катоде можно обратить вспять, используя электрическую энергию для подачи тока, который толкает электроны в противоположном направлении — от катода к аноду. Это восстанавливает исходное состояние двух электродов. Ваш портативный компьютер, мобильный телефон и автомобильный аккумулятор — все это примеры аккумуляторных батарей.В современных батареях используются комбинации различных типов металлов и соединений оксидов металлов, образованные из таких элементов, как углерод, кадмий, кобальт, литий, марганец, никель, свинец и цинк для повышения производительности.
  

  Батарея из лимона

  Происхождение: Тереза ​​Нотт из Викимедиа: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lemon_battery.png
  Повторное использование: Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.Вы можете: делиться — копировать, распространять и передавать произведение для ремикса — адаптировать произведение При следующих условиях: приписывание — вы должны указать произведение в порядке, указанном автором или лицензиаром (но ни в коем случае не предполагает, что они одобряют вас или ваше использование произведения). делиться одинаково — если вы изменяете, трансформируете или расширяете эту работу, вы можете распространять полученную работу только по той же или аналогичной лицензии, что и эта.

  Простая батарея, использующая кислотные фрукты и два разных металла (бронза и стальные сплавы).
  

  Exercises Exercises for Module 1 (Microsoft Word 2007 (.docx) 17kB Jul12 17)

  1. Создайте цепь, используя две последовательно соединенные батареи и лампочку. Используйте цифровой мультиметр (DMM) для измерения электрического потенциала в вольтах между положительной и отрицательной клеммами в цепи. Теперь добавьте в цепь вторую лампочку последовательно с первой. Какова яркость каждой лампочки по сравнению с яркостью, когда в цепи была только одна лампочка? С помощью вольтметра измерьте напряжение между положительной клеммой аккумулятора и проводом сразу после первой лампочки, а затем сразу после второй лампочки.Запишите результаты. Теперь создайте цепь с двумя параллельными лампочками. Запишите яркость и напряжение на каждой лампочке.

  Объясните свои результаты.

  Простая схема с одной лампочкой

  Цепь с двумя последовательно включенными лампочками

  Цепь с двумя параллельными лампами

  2.Создайте пять магнитов для выборщиков, каждый с проволокой разной длины, обернутой вокруг железных гвоздей: 10 см, 20 см, 30 см, 40 см и 50 см. В каждом случае на каждом конце провода должно быть по 10 см, чтобы его можно было подключить к батарее. Таким образом, катушка «10 см» будет фактически сделана из проволоки длиной 30 см и так далее. Подключите каждый магнит к батарее и прикрепите как можно больше канцелярских скрепок к магнитной цепочке с кончика ногтя. Запишите максимальное количество скрепок в каждом случае. Затем нарисуйте график зависимости максимального количества удерживаемых скрепок от длины провода, из которого сделаны обмотки.Объясните, почему график выглядит именно так.

  3. Соберите простой двигатель из предоставленного набора. Обязательно обратите внимание на инструкции по удалению изоляции на противоположных сторонах провода, который контактирует с зажимами аккумулятора.Как только вы заставите свой мотор вращаться, проведите следующие эксперименты.

  а. Обратите внимание на направление вращения двигателя. Можете ли вы заставить его пойти в обратном направлении? Объяснять.

  г. Теперь снимите магнит и переверните. Затем перезапустите мотор. Поворачивает ли он в том же направлении, что и раньше? Почему?

  г. Теперь переверните аккумулятор и перезапустите двигатель. Направление вращения осталось прежним? Объяснить, почему.

  г. Подумайте об электродвигателе как о системе.Определите источник энергии и судьбу этой энергии во вращающейся двигательной системе. В своем ответе используйте следующие термины: электрохимическая энергия, кинетическая энергия (энергия движения) и тепло. Нарисуйте созданную вами схему для запуска электродвигателя. Наденьте шляпу системного мышления.

  • Определите каждый компонент системы.
  • Отследите поток энергии через систему. Обязательно покажите, где он переходит от электрического тока к магнитной энергии, кинетической энергии и теплу.
  • Сделайте снимок диаграммы и включите его в свой отчет.

  Является ли электродвигатель закрытой системой (вся энергия остается в системе) или это открытая система (некоторый обмен энергией с окружающей средой)?

  4. Из кусочка цитрусовых сделайте батарею. Положите медный пенни с одной стороны фрукта и стальную скрепку с другой стороны. Измерьте напряжение с помощью цифрового мультиметра. Запишите результат: ______.

  Теперь попробуйте использовать фруктовый аккумулятор, чтобы зажечь светодиодную лампочку.Это работает? Объясните, что создает электричество.

  Список литературы

  Электромагниты и закон Фарадея

  Электродвигатель и генератор

  Асинхронный двигатель переменного тока

  Трансформаторы

  Преобразователи переменного / постоянного тока

  Как работают батареи

  Яркость лампы
  Падение напряжения (В)
  	Первая лампочка	Вторая лампа
  Яркость лампы
  Падение напряжения (В)
  	Первая лампочка	Вторая лампа
  Яркость лампы
  Падение напряжения (В)
  Длина провода в бухте (см)	10	20	30	40	50
  Макс. нет. скрепок

  Electric Power — learn.sparkfun.com

  Добавлено в избранное Любимый 49

  с большой силой…

  Почему мы заботимся о власти? Мощность — это измерение передачи энергии во времени, а энергия стоит денег. Батареи не бесплатны, и они тоже не выходят из электрической розетки. Итак, мощность измеряет, насколько быстро из вашего кошелька уходят гроши!

  Кроме того, энергия … энергия. Он бывает во многих потенциально вредных формах — тепловом, радиационном, звуковом, ядерном и т.д. Итак, важно иметь представление о том, с какой мощностью вы работаете, играя с электроникой.К счастью, когда вы играете с Arduinos, зажигаете светодиоды и вращаете маленькие моторы, потеря информации о том, сколько энергии вы потребляете, означает лишь выжигание резистора или плавление микросхемы. Тем не менее совет дяди Бена применим не только к супергероям.

  Рассмотрено в этом учебном пособии

  • Определение мощности
  • Примеры передачи электроэнергии
  • Вт, единица мощности СИ
  • Расчет мощности с использованием напряжения, тока и сопротивления
  • Максимальная номинальная мощность

  Рекомендуемая литература

  Power — одно из наиболее фундаментальных понятий в электронике.Но перед тем, как узнать о мощности, вам, возможно, стоит сначала прочитать несколько других руководств. Если вы не знакомы с некоторыми из этих тем, сначала подумайте о том, чтобы проверить эти учебники:

  Что такое электроэнергия?

  Есть много типов силы — физическая, социальная, супер, блокировка запаха, любовь — но в этом уроке мы сосредоточимся на электроэнергии. Так что же такое электроэнергия?

  В общих физических терминах мощность определяется как скорость , с которой энергия передается (или преобразуется) .

  Итак, во-первых, что такое энергия и как она передается? Трудно сказать просто, но энергия — это в основном способность чего-то, от до перемещать что-то еще. Есть много форм энергии: механическая, электрическая, химическая, электромагнитная, тепловая и многие другие.

  Энергия никогда не может быть создана или уничтожена, ее можно только передать в другую форму. Многое из того, что мы делаем в электронике, — это преобразование различных форм энергии в электрическую энергию и обратно.Освещение светодиодами превращает электрическую энергию в электромагнитную. Прядильные двигатели превращают электрическую энергию в механическую. Жужжание зуммеров создает звуковую энергию. Питание цепи от щелочной батареи 9 В превращает химическую энергию в электрическую. Все это формы передачи энергии .

  Преобразованный тип энергии	Преобразованный
  Механический	Электродвигатель
  Электромагнитный	Светодиодный
  Тепловой	Тепловой	Химический Ветряной 7 Батарея Мельница

  Пример электрических компонентов, передающих электрическую энергию в другую форму.

  В частности, электрическая энергия начинается как электрическая потенциальная энергия — то, что мы с любовью называем напряжением. Когда электроны проходят через эту потенциальную энергию, она превращается в электрическую. В большинстве полезных цепей эта электрическая энергия преобразуется в другую форму энергии. Электрическая мощность измеряется путем объединения того, сколько электроэнергии передается, и того, как быстро происходит эта передача.

  Производители и потребители

  Каждый компонент в цепи потребляет или производит электроэнергии.Потребитель преобразует электрическую энергию в другую форму. Например, когда загорается светодиод, электрическая энергия преобразуется в электромагнитную. В этом случае лампочка потребляет энергии. Электроэнергия — это , произведенная , когда энергия передается на электрическую из какой-либо другой формы. Батарея, подающая питание на схему, является примером источника питания .

  Мощность

  Энергия измеряется в джоулях (Дж).Поскольку мощность — это мера энергии за установленный промежуток времени, мы можем измерить ее в джоулей в секунду . Единица СИ для джоулей в секунду — Вт , сокращенно Вт .

  Очень часто перед словом «ватт» стоит один из стандартных префиксов SI: микроватты (мкВт), миливатты (мВт), киловатты (кВт), мегаватты (МВт) и гигаватты (ГВт) являются обычными в зависимости от ситуация.

  9049 Мельница Meg1480

  Имя префикса	Сокращенное обозначение префикса	Вес
  Nanowatt	nW	10 -9
  Microwatt	µW
  10 -3
  Ватт	Вт	10 0
  Киловатт	кВт	10 3
  ГВт	ГВт	10 9

  Микроконтроллеры

  , такие как Arduino, обычно работают в диапазоне мкВт или мВт.Портативные и настольные компьютеры работают в стандартном диапазоне мощности. Энергопотребление дома обычно составляет киловатт. Большие стадионы могут работать в мегаваттном масштабе. И гигаватты вступают в игру для крупных электростанций и машин времени.

  Расчетная мощность

  Электроэнергия — это скорость передачи энергии. Он измеряется в джоулях в секунду (Дж / с) — ватт (Вт). Учитывая несколько известных нам основных терминов, связанных с электричеством, как мы можем рассчитать мощность в цепи? Итак, у нас есть очень стандартное измерение, включающее потенциальную энергию — вольты (В), — которые определяются в джоулях на единицу заряда (кулон) (Дж / Кл).Ток, еще один из наших любимых терминов, связанных с электричеством, измеряет поток заряда во времени в амперах (А) — кулонах в секунду (Кл / с). Соедините их вместе и что мы получим ?! Мощность!

  Чтобы рассчитать мощность любого конкретного компонента в цепи, умножьте падение напряжения на нем на ток, протекающий через него.

  Например,

  Ниже представлена ​​простая (хотя и не полностью функциональная) схема: батарея на 9 В, подключенная через 10 Ом; резистор.

  Как рассчитать мощность на резисторе? Сначала мы должны найти ток, проходящий через него. Достаточно просто … Закон Ома!

  Хорошо, 900 мА (0,9 А) проходит через резистор и 9 В. Какая же тогда мощность подается на резистор?

  Резистор преобразует электрическую энергию в тепло. Таким образом, эта схема каждую секунду преобразует 8,1 джоулей электрической энергии в тепло.

  Расчет мощности в резистивных цепях

  Когда дело доходит до расчета мощности в чисто резистивной цепи, знать два из трех значений (напряжение, ток и / или сопротивление) — это все, что вам действительно нужно.

  Подставляя закон Ома (V = IR или I = V / R) в наше традиционное уравнение мощности, мы можем создать два новых уравнения. Первый, чисто по напряжению и сопротивлению:

  Итак, в нашем предыдущем примере 9V ² /10 & ohm; (V ² / R) составляет 8,1 Вт, и нам никогда не нужно рассчитывать ток, протекающий через резистор.

  Второе уравнение мощности можно составить исключительно с точки зрения тока и сопротивления:

  ---

  Почему мы заботимся о падении мощности на резисторе? Или любой другой компонент в этом отношении.Помните, что мощность — это передача энергии от одного типа к другому. Когда эта электрическая энергия, идущая от источника питания, попадает на резистор, энергия превращается в тепло. Возможно, больше тепла, чем может выдержать резистор. Это приводит нас к … номинальной мощности.

  Номинальная мощность

  Все электронные компоненты передают энергию от одного типа к другому. Требуется некоторая передача энергии: светодиоды излучают свет, моторы вращаются, аккумуляторы заряжаются.Другая передача энергии нежелательна, но также неизбежна. Эти нежелательные передачи энергии составляют потерь мощности и , которые обычно проявляются в виде тепла. Слишком большие потери мощности — слишком большой нагрев компонента — могут стать очень нежелательными для .

  Даже когда передача энергии является основной целью компонента, все равно будут потери в другие формы энергии. Например, светодиоды и двигатели по-прежнему будут выделять тепло как побочный продукт при передаче другой энергии.

  Большинство компонентов рассчитаны на максимальную рассеиваемую мощность, и важно, чтобы они работали ниже этого значения.Это поможет вам избежать того, что мы с любовью называем «выпустить волшебный дым».

  Номинальная мощность резистора

  Резисторы

  — одни из наиболее известных виновников потери мощности. Когда вы понижаете напряжение на резисторе, вы также индуцируете ток через него. Чем больше напряжение, тем больше ток, тем больше мощность.

  Вспомните наш первый пример расчета мощности, где мы обнаружили, что если 9В упадет на 10 Ом; резистор, этот резистор рассеивает 8.1Вт. 8.1 — это лот Вт для большинства резисторов. Большинство резисторов рассчитаны на любую мощность от & frac18; Вт (0,125 Вт) до ½ Вт (0,5 Вт). Если вы уроните 8 Вт на стандартный резистор ½ Вт, приготовьте огнетушитель.

  Если вы видели резисторы раньше, вы наверняка видели их. Сверху — резистор ½ Вт, ниже — Вт. Они не предназначены для рассеивания большого количества энергии.

  Существуют резисторы, рассчитанные на большие перепады мощности. Они специально называются силовыми резисторами .

  Эти большие резисторы предназначены для рассеивания большого количества энергии. Слева направо: два 3Вт 22кОм; резисторы, два 5W 0.1 & Ом; резисторы, и 25Вт 3 & Ом; и 2 & Ом; резисторы.

  Если вы когда-нибудь обнаружите, что выбираете номинал резистора. Также помните о номинальной мощности. И, если ваша цель — не нагреть что-либо (нагревательные элементы — это, по сути, действительно мощные резисторы), постарайтесь минимизировать потери мощности в резисторе.

  Например,

  Номинальная мощность резистора

  может иметь значение, когда вы пытаетесь выбрать номинал для токоограничивающего резистора светодиода.Скажем, например, вы хотите зажечь 10-миллиметровый сверхяркий красный светодиод на максимальной яркости, используя батарею 9 В.

  Этот светодиод имеет максимальный прямой ток 80 мА и прямое напряжение около 2,2 В. Таким образом, чтобы подать на светодиод 80 мА, вам понадобится 85 Ом; резистор сделать так.

  На резисторе упало 6,8 В, а прохождение 80 мА через него означает потерю мощности 0,544 Вт (6,8 В * 0,08 А). Полуваттный резистор это не очень понравится! Он, наверное, не растает, но станет горячим .Не рискуйте и выберите резистор 1 Вт (или сэкономьте энергию и используйте специальный драйвер светодиода).

  ---

  Резисторы, безусловно, не единственные компоненты, для которых необходимо учитывать максимальную номинальную мощность. Любой компонент, обладающий резистивным свойством, будет производить тепловые потери. Работа с компонентами, которые обычно подвергаются воздействию высокой мощности, например, регуляторами напряжения, диодами, усилителями и драйверами двигателей, требует особого внимания к потерям мощности и тепловым нагрузкам.

  Ресурсы и дальнейшее развитие

  Теперь, когда вы знакомы с концепцией электроэнергии, ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по теме!

  • Как усилить ваш проект — Вы знаете, что такое «мощность». Но как сделать это в своем проекте?
  • Light — Свет — полезный инструмент для инженера-электрика. Понимание того, как свет соотносится с электроникой, является фундаментальным навыком для многих проектов.
  • Что такое Arduino — Мы много говорили об этой Arduino в этом уроке. Если вам все еще неясно, что это такое, ознакомьтесь с этим руководством!
  Диоды
  • — преобразуют ли они переменный ток в постоянный или просто зажигают светодиодный индикатор питания, диоды являются особенно удобным компонентом для питания проектов.
  Резисторы
  • — самые основные электронные компоненты, резисторы необходимы практически в каждой цепи.
  • MP3 Player Shield Music Box — Поговорим о передаче энергии! Этот проект сочетает в себе электричество, движение и звук, чтобы создать музыкальную шкатулку на тему «Доктор Кто» .