Цель: выяснить характер зависимости между энергией, выделяемой на участке цепи, электрическим током и сопротивлением этого участка цепи. ознакомить учащихся с законом Джоуля-Ленца. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Демонстрации: механическая работа электрического тока; измерение мощности в электрической цепи с помощью амперметра и вольтметра.

Ход  урока

I. Организационный момент

II. Проверка знаний

Фронтальный опрос

III. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Работа электрического тока как характеристика процесса  вращения электрической энергии.

2. Расчет работы электрического тока.

3. Мощность электрического тока.

4. Измерение работы и мощности электрического тока.

5. Тепловое действие электрического тока.

6. Закон Джоуля-Ленца.

1. Изучение нового материала целесообразно начать с повторения поня­тий энергии и механической работы, с которыми учащиеся знакомились при изучении механики в 7 классе.

Учитель задает вопрос:

—   Что понимают под механической энергией и работой?

В качестве примера можно рассмотреть падение тела в поле тяготения Зем­ли, приведя следующие рассуждения: если тело массой т падает с высоты А, по высоты Иг, то при этом сила тяжести совершает работу А = mg(h1 — h₂). Эта работа равна изменению потенциальной энергии тела: А = Е_т — Е_т. Но общая механическая энергия тела не изменилась, она -стала равной сумме потенциальной и кинетической энергии тела на высоте Л;. Отсюда вывод: работа характеризует изменение энергии или превращение одного вида энергии в другой. В данном случае происходит превращение одного вида механической энергии (потенциальной) в механическую энергию другого вида (кинетическую).

Далее учитель сообщает, что работа электрического тока также харак­теризует процесс превращения энергии одного вида (энергии электриче­ского поля) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механиче­скую и другие виды энергии).

При введении понятия работы электрического тока можно воспользо­ваться опытами, непосредственно демонстрирующими механическую ра­боту электрического тока (подъем груза электродвигателем). Для демонст­рации собирают установку из электродвигателя, последовательно с кото­рым включают реостат и демонстрационный амперметр.

Учащиеся на опыте видят, что электрический ток совершает работу, следовательно, электрическая энергия превращается в механическую.

—   Какие еще явления показывают, что электрический ток может со­вершать работу?

2.  Чтобы установить, от чего зависит работа электрического тока, мож­но воспользоваться установкой с лампой накаливания. Изменяя сопротив­ление реостата, демонстрируется различное свечение лампы. Одновремен­но замеряется значение силы тока и напряжение в этих случаях. Очевидно, чем ярче светится лампа, тем больше выделяется в ней энергии и, следова­тельно, тем большую работу совершает электрический ток. Следовательно, именно этому случаю соответствуют и большие значения силы тока и на­пряжения. Опыт дает возможность качественно установить, что:

Работа электрического тока пропорциональна силе тока , на­пряжению , к времени прохождения тока

А = IUt. Формулу работы можно получить и из известного учащимся выражения

За единицу работы электрического тока принят Джоуль. Джоуль равен работе, выполняемой электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В за 1 с:

3.  Мощность электрического тока. С понятием мощности учащиеся уже встречались при изучении механики. Поэтому вначале можно повторить определение мощности и единицы ее измерения.  —   Что понимают под механической мощностью? (Ответы учеников.) Чтобы найти среднюю мощность электрического тока, надо его работу разделить на время:

За единицу мощности принят ватт (Вт):

1 Вт = 1 В  1 А.

4. Для измерения работы электрического тока нужен прибор, учиты­вающий напряжение, силу тока и время прохождения тока. Таким прибо­ром является электрический счетчик. Электрические счетчики устанав­ливаются везде, где используется электрическая энергия.

Для измерения мощности электрического тока  используются ватт­метры, учитывающие напряжение и силу тока. Измерить мощность можно и с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощ­ность, умножают напряжение на силу тока, найденные по показаниям при­боров.

5. При введении понятия работы электрического тока мы уже пользова­лись тепловым действием тока (нагревание проводников). Собираем элек­трическую цепь, в которую последовательно включаем лампу накаливания и реостат. Для измерения силы тока и напряжения на лампе применяем де­монстрационные амперметр и вольтметр.

Учащимся уже известно, что в проводнике при протекании тока проис­ходит превращение электрической энергии во внутреннюю, и проводник

нагревается.

Почему при прохождении электрического тока проводник на­гревается?

Они неоднократно наблюдали тепловое действие тока в бытовых при­борах. На опыте с лампой накаливания учащиеся убедились, что накал лампы возрастал при увеличении тока. Но нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.

6. Закон Джоуля-Ленца. Учащиеся знают уже формулу для работы Q = Ult. Кроме того, им известно, что в неподвижных проводниках вся ра­бота тока идет лишь на нагревание проводников, то есть на то, чтобы уве­личить их внутреннюю энергию. Следовательно, количество теплоты

Q = А = Ult.

IV. Решение задач

Домашнее задание.

§ 42

Упражнение 21

Мощность в электрических цепях

Добавлено 1 октября 2020 в 05:59

Сохранить или поделиться

Помимо напряжения и тока, есть еще один важный параметр, связанный с электрическими цепями: мощность. Во-первых, прежде чем анализировать мощность в каких-либо схемах, нам нужно понять, что это такое.

Что такое мощность и как ее измерить?

Мощность – это мера того, сколько работы можно выполнить за определенный промежуток времени. Работа обычно определяется как поднятие груза против силы тяжести. Чем больше масса, и/или чем выше она поднимается, тем больше работы должно быть выполнено. Мощность – это мера того, насколько быстро выполняется стандартный объем работы.

Для американских автомобилей мощность двигателя оценивается в единицах, называемых «лошадиные силы», которые изначально были придуманы производителями паровых двигателей для количественной оценки работоспособности своих машин с точки зрения самого распространенного в их время источника энергии: лошадей. Одна лошадиная сила определяется в британских единицах как 550 фут·фунтов работы в секунду. Мощность двигателя автомобиля не будет указывать на высоту холма, на которую он может подняться, или какую массу он может тащить, но она указывает, насколько быстро он может подняться на определенный холм или протащить определенную массу.

Мощность механического двигателя зависит как от скорости двигателя, так и от его крутящего момента на выходном валу. Скорость выходного вала двигателя измеряется в оборотах в минуту или об/мин (RPM). Крутящий момент – это величина вращательной силы, создаваемой двигателем, и обычно измеряется в ньютон-метрах (или в фунт-футах). Ни скорость, ни крутящий момент сами по себе не являются мерой мощности двигателя.

Дизельный тракторный двигатель мощностью 100 лошадиных сил вращает вал относительно медленно, но обеспечивает большой крутящий момент. Двигатель мотоцикла мощностью 100 лошадиных сил вращает вал очень быстро, но обеспечивает относительно небольшой крутящий момент. Оба будут производить 100 лошадиных сил, но с разной скоростью и разным крутящим моментом. Уравнение для мощности на валу простое:

\[\text{Лошадиная сила} = \frac{2 \pi ST}{33 000}\]

где

• S – скорость вращения вала в об/мин;
• T – крутящий момент в фунт-футах.

Обратите внимание на то, что в правой части уравнения есть только две переменных, S и T. Все остальные члены в этой части постоянны: 2, π и 33 000 – константы (они не меняют своего значения). Мощность в лошадиных силах меняется только при изменении скорости и крутящего момента, больше ничего. Мы можем переписать уравнение, чтобы показать эту взаимосвязь:

Лошадинная сила ∝ ST

∝ – означает «пропорциональна»

Поскольку единица «лошадиных сил» не совпадает в точности со скоростью в оборотах в минуту, умноженной на крутящий момент в фунт-футах, мы не можем сказать, что мощность равна ST. Однако они пропорциональны друг другу. По мере изменения математического произведения ST значение мощности изменится в той же пропорции.

Мощность как функция напряжения и тока

В электрических цепях мощность зависит как от напряжения, так и от тока. Неудивительно, что это соотношение имеет поразительное сходство с приведенной выше формулой «пропорциональной» мощности в лошадиных силах:

\[P= IE\]

Однако в этом случае мощность (P) точно равна силе тока (I), умноженной на напряжение (E), а не просто пропорциональна IE. При использовании этой формулы единицей измерения мощности является ватт, обозначаемый как «Вт» (или в англоязычной литературе «W»).

Следует понимать, что ни напряжение, ни ток сами по себе не составляют мощность. Скорее, мощность – это комбинация напряжения и тока в цепи. Помните, что напряжение – это удельная работа (или потенциальная энергия) на единицу заряда, а сила тока – это скорость, с которой электрические заряды проходят через проводник. Напряжение (удельная работа) аналогична работе, выполняемой при поднятии веса против силы тяжести. Сила тока (скорость) аналогична скорости, с которой поднимается этот груз. Вместе, как произведение, напряжение (работа) и ток (скорость) составляют мощность.

Так же, как в случае дизельного двигателя трактора и двигателя мотоцикла, цепь с высоким напряжением и низким током может рассеивать такое же количество мощности, что и цепь с низким напряжением и большим током. Ни напряжение, ни сила тока по отдельности не указывают на величину мощности в электрической цепи.

Мощность при разомкнутой / короткозамкнутой цепи

В разомкнутой цепи, когда между клеммами источника присутствует напряжение и нулевой ток, рассеиваемая мощность равна нулю, независимо от того, насколько велико это напряжение. Поскольку P = IE, и I = 0, и всё, что умножается на ноль, равно нулю, мощность, рассеиваемая в любой разомкнутой цепи, должна быть равна нулю. Точно так же, если бы у нас было короткое замыкание, состоящее из петли из сверхпроводящего провода (абсолютно нулевое сопротивление), у нас могло бы быть состояние с током в петле и нулевым напряжением, и аналогично, никакая мощность не рассеивалась бы. Поскольку P = IE, и E = 0, и всё, что умножается на ноль, равно нулю, мощность, рассеиваемая в сверхпроводящем контуре, должна быть равна нулю (мы рассмотрим тему сверхпроводимости в следующей главе).

Как лошадиная сила связана с ваттами?

Независимо от того, измеряем ли мы мощность в «лошадиных силах» или в «ваттах», мы всё равно говорим об одном и том же: сколько работы можно выполнить за данный промежуток времени. Эти две единицы численно не равны, но они выражают одно и то же. Фактически, европейские производители автомобилей обычно рекламируют мощность своих двигателей в киловаттах (кВт) или тысячах ватт, а не в лошадиных силах! Эти две единицы мощности связаны друг с другом простой формулой:

\[1\ \text{лошадиная сила} = 745,7 \ Вт\]

Таким образом, наши 100-сильные дизельные и мотоциклетные двигатели также могут быть оценены как двигатели мощностью «74570 Вт», или, точнее, как двигатели «74,57 кВт». В европейской технической документации этот параметр был бы скорее нормой, чем исключением.

Резюме

• Мощность – это мера того, сколько работы можно выполнить за определенный промежуток времени.
• Механическая мощность обычно измеряется (в Америке) в «лошадиных силах».
• Электрическая мощность почти всегда измеряется в «ваттах» и может быть рассчитана по формуле P = IE.
• Электрическая мощность зависит и от напряжения, и от тока одновременно, а не по отдельности.
• Лошадиная сила и ватт – это всего лишь две разные единицы для описания одного и того же физического параметра, при этом 1 лошадиная сила равна 745,7 Вт.

Оригинал статьи:

Теги

Сохранить или поделиться

Энергия и мощность в электрических цепях — Электрические цепи — AQA — GCSE Combined Science Revision — AQA Trilogy

Нагрев проводов

Когда электроны проходят по проводам, они сталкиваются с ионами в проводе, что заставляет ионы вибрировать сильнее. Эта повышенная вибрация ионов увеличивает температуру проволоки. Энергия была передана из запаса химической энергии батареи во внутренний запас энергии провода.

мощность = ток × разность потенциалов

\[P=I \times V\]

Это когда:

Один ватт равен одному джоулю в секунду (Дж/с).2 \times R\]

Это когда:

• мощность ( P ) измеряется в ваттах (Вт)
• ток ( I ) измеряется в амперах (A)
• Пример

  Сколько энергии передается каждую секунду током силой 2 ампера (А) при разности потенциалов 230 вольт (В)?

  \[P = I \time V\]

  \[P = 2 \times 230\]

  \[P = 460~ Вт\]

  Вопрос

  Какая мощность рассеивается током 3 А через резистор 10 Ом?

  Показать ответ

  \[P = 9 \times 10\]

  \[ P = 90~Вт\]

  Эффективная передача мощности

  Энергия может передаваться электрическим током; любой электрический прибор должен получать достаточно энергии каждую секунду.Электроэнергия может подаваться в виде слабого тока с высоким напряжением или сильного тока с низким напряжением.

  мощность = ток ² × сопротивление

  Уравнение показывает, что большой ток оказывает гораздо большее нагревающее воздействие на провода передачи, чем малый ток. По этой причине передача энергии при высоком напряжении с низким током будет держать провода более холодными и тратить меньше энергии.

  Автоматический выключатель управления энергопотреблением

  Вход в автоматический выключатель управления энергопотреблением

  
  

  Два года назад компания Eaton начала сотрудничать с EPRI, Исследовательским институтом электроэнергетики, над полевыми испытаниями революционного «Автоматического выключателя управления энергопотреблением» (EMCB) в 12 региональных коммунальных предприятиях по всей территории США.Южная Каролина, простирающаяся от Северной Каролины до Гавайев, начиная с осени 2016 года. Eaton и EPRI разработали программу полевых испытаний, чтобы оценить, как эта новая технология контроля и управления потребляемой энергией/нагрузкой может помочь улучшить коммунальные услуги и оптимизировать энергосистему. .
  

  EMCB от Eaton — это первый в отрасли «интеллектуальный выключатель» следующего поколения, который имеет функции безопасности стандартного автоматического выключателя с возможностью подключения к облаку и встроенными интеллектуальными функциями. Это ошеломляющее преобразование технологии автоматических выключателей и предлагает коммерческий учет ответвлений, возможности связи и удаленный доступ.Выключатель можно контролировать и управлять им без ущерба для традиционных функций безопасности выключателя.

  Будет справедливо сказать, что сравнивать EMCB с автоматическим выключателем все равно, что сравнивать смартфон с телефоном с дисковым набором. EMCB сочетает в себе беспрецедентный опыт Eaton в области защиты цепей с функциями Интернета вещей (IoT) и переносит их непосредственно на панель нагрузки. На самом деле EMCB от Eaton имеет много общего с iPhone и Nest.

  В начале цикла разработки Eaton заключила важное партнерское соглашение с Electric Imp, компанией с ведущей в мире платформой IoT, основанной Хьюго Файнсом.Файнс возглавил группу аппаратного обеспечения, ответственную за первые четыре поколения Apple iPhone, а затем перешел к проектированию и проектированию оборудования для Nest Thermostat. Уникальная архитектура подключения к Интернету вещей Electric Imp позволила Eaton быстро выполнить ключевые деловые и технические требования, предъявляемые поставщиками коммунальных услуг: безопасность, гибкость, масштабируемость и надежность.

  Кроме того, EMCB спроектированы так, чтобы их было легко установить. Они встраиваются в существующие центры нагрузки Eaton (как текущие, так и старые) и устанавливаются так же, как и обычные автоматические выключатели.Таким образом, нет необходимости в дополнительном оборудовании на панели или в специальных шлюзах дома.

  Мощные возможности подключения EMCB решают основные проблемы, которые не позволяли спонсируемым коммунальными предприятиями программам реагирования на спрос полностью раскрыть свой потенциал.

  — Электроэнергия и энергия

  Электричество Энергия может приводить в действие двигатели, давать нам свет, готовить пищу, нагревать наши дома и многое другое. Как мы можем измерить эту энергию и эту силу? Напомним, что напряжение — это разность потенциалов, а единицами измерения являются джоули на кулон. или Вольт.Кроме того, напомню, что ток измеряет заряд, протекающий через проводник в цепи. Единицы измерения — кулоны в секунду или ампер. Произведение напряжения и тока (V x I) дает нам единицы измерения джоулей в секунду или ватт. Этот единица мощности, которую мы также изучали в механике. Итак, электрически

  Мощность = Напряжение x Текущий

  или

  Р = ВИ

  Электрическая энергия, использованная в заданное время (секунды), является произведением мощности и время.

  Энергия = Мощность х Время

  или

  Е = Pt

  Если вспомнить закон Ома (V = IR), то энергию можно записать в несколько разными способами:

  E = Pt = VIt = I ² Rt

  Давайте держать отряды прямо. Энергия может быть в джоулях или килоджоулях (1000 джоулей). Мощность будет измеряться в ваттах, киловаттах (1000 ватт) или мегаваттах (1 000 000 ватт). Когда мы связываем тепловую энергию с передачей тепла в некоторой массе, выражайте массу в килограммах.

  • В качестве отступления: электрическая мощность – это скорость, с которой электрический потенциал энергия преобразуется носителями заряда в неэлектрические формы энергии.
  • Один киловатт-час (единица энергии, используемая энергетическими компаниями) энергия доставляется за один час при постоянном тарифе 1 киловатт. 1 кВт-ч = 3,6 х 10 ⁶ Дж.

  Потери или выделение тепла в цепи означают, что мощность недоступна для выполнения работай. Мы часто используем формулу P = I ² R и называем эти тепловые потери «I ² R потерями» или «джоулевым нагревом». Это одна из причин того, что коммерческие линии электропередачи работают на таких скоростях. высокое напряжение, часто порядка 115 000 вольт.Для постоянной мощности P = VI. Когда V поднимается вверх, я опускаюсь. Таким образом, потери тепла (I ² R) также падают.

   

  Посетите следующие веб-сайты для получения дополнительных сведений о токе, резисторах, мощность и энергия:

   

  http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/ohmslaw/index.html

  http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/varcapacitor/index. html

  http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/resistor/index.html

  http://science.howstuffworks.com/power2.htm
  (Отличный веб-сайт по производству электроэнергии)

  http://www.saburchill.com/physics/chapters/0082.html

   

  Несколько советов по кодированию и интересные факты о резисторах по адресу: http://www.williamson-labs.com/resistors.htm

  Подробнее о законе Ома, некоторых примерах задач и
  смоделированном эксперименте на: http://www.physics.uoguelph.ca/tutorials/ohm/Q.ohm.intro.html

   

  Для практических задач попробуйте:

  Giancoli Практические вопросы с множественным выбором (Давай, попробуй немного.)

  3.4 Электроэнергия и энергия

  Мощность в электрических цепях

  Энергия у многих ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность — это скорость использования или преобразования энергии, как можно выразить электрическую мощность? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним 25-ваттную лампочку с 60-ваттной. (См. рис. 3.17(a)) Поскольку обе лампы работают при одинаковом напряжении, лампочка мощностью 60 Вт должна потреблять больший ток, чтобы иметь большую номинальную мощность.Таким образом, сопротивление лампочки мощностью 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы мощностью 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от сети 120 В, подключается к сети 240 В, она короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

  Рисунок 3.17 (a) Какая из этих ламп накаливания — 25-ваттная (вверху слева) или 60-ваттная (вверху справа) — имеет большее сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания 25 Вт холоднее? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (Dickbauch, Wikimedia Commons; Greg Westfall, Flickr) (b) Эта компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) излучает ту же интенсивность света, что и лампочка мощностью 60 Вт, но с мощностью от 1/4 до 1/10 входной мощности. (dbgg1979, Flickr)

  Электрическая энергия зависит как от задействованного напряжения, так и от перемещенного заряда. Проще всего это выражается как PE=qV, PE=qV, size 12{«PE»= ital «qV»} {}, где qq size 12{q} {} – перемещаемый заряд, а VV size 12{V} {} это напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость, с которой перемещается энергия, поэтому электрическая мощность равна

  . 3.26 P=PEt=qVt.P=PEt=qVt. size 12{P = {{ ital «PE»} over {t} } = {{ ital «qV»} over {t} } «.»} {}

  Учитывая, что ток равен I=q/tI=q/t размер 12{I = q/t} {} (обратите внимание, что здесь Δt=tΔt=t размер 12{Δt=t} {}), выражение для мощности становится

  3.27 Р=IV. Р=IV. размер 12 {P = итал. «IV.»} {}

  Электрическая мощность (P)P) — это просто произведение тока на напряжение. Мощность имеет привычные единицы измерения ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 А⋅В=1 Вт. 1 А⋅В=1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать мобильный телефон или другие электронные устройства.Эти розетки могут быть рассчитаны на 20 А, чтобы цепь могла обеспечить максимальную мощность P=IV=(20 А)(12 В)=240 WP=IV=(20 А)(12 В)=240 Вт. приложений электрическая мощность может быть выражена в вольт-амперах или даже киловольт-амперах (1 кА ⋅ В = 1 кВт) (1 кА ⋅ В = 1 кВт). типоразмер 12{«1 кА » cdot V=» 1 кВт»} {}

  Чтобы увидеть отношение мощности к сопротивлению, мы комбинируем закон Ома с P=IV.P=IV. размер 12{P = итал. «IV»} {} Замена I=V/RI=V/R размера 12{I = итал. «V/R»} {} дает P=(V/R)V=V2/RP= (В/Р)В=В2/Р.размер 12{P = \( V/R \) V=V rSup { размер 8{2} } R} {} Аналогично, замена V=IRV=IR размера 12{V= ital «IR»} {} дает P= I(IR)=I2R.P=I(IR)=I2R. size 12{P =I \( ital «IR» \) = I rSup { size 8{2} } R} {} Для удобства здесь перечислены вместе три выражения для электрической мощности.

  3.28 P=IVP=IV размер 12{P = итал. «IV»} {} 3.29 P=V2RP=V2R размер 12{P = {{V rSup {размер 8{2} } } над {R} } } {}

  Обратите внимание, что первое уравнение справедливо всегда, а два других можно использовать только для резисторов.В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. В более сложных схемах размером PP 12{P}{} может быть мощность, рассеиваемая одним устройством, а не общая мощность в цепи.

  Создание соединений: использование графиков для расчета сопротивления

  Поскольку p∝I2p∝I2 и p∝V2p∝V2, график зависимости мощности от тока или напряжения является квадратичным. Пример показан на рисунке ниже.

  Рисунок 3.18 На рисунке показаны зависимости мощности от тока (а) и зависимости мощности от напряжения (б) для простых резисторных цепей.

  Используя уравнения (20.29) и (20.30), мы можем рассчитать сопротивление в каждом случае. На графике (а) мощность равна 50 Вт при силе тока 5 А; следовательно, сопротивление можно рассчитать как R=P/I2=50/52=2 Ом. R=P/I2=50/52=2 Ом. Точно так же значение сопротивления можно рассчитать на графике (b) как R=V2/P=102/50=2 Ом R=V2/P=102/50=2 Ом

  Из трех разных выражений для электроэнергии можно получить разные выводы.Например, P=V2/RP=V2/R размер 12{P = V rSup {размер 8{2} } /R} {} подразумевает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше отдаваемая мощность. Кроме того, поскольку напряжение квадратично в P=V2/R, P=V2/R, эффект приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение удваивается до 25-ваттной лампы, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампочки оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также выше.

  Пример 3.7 Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность

  (a) Рассмотрите примеры, приведенные в Законе Ома: Сопротивление и простые цепи и Сопротивление и удельное сопротивление. Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах как в горячем, так и в холодном состоянии. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

  Стратегия для (а)

  Для горячей фары мы знаем напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P=IVP=IV size 12{P = ital «IV»} {}, чтобы найти мощность.Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P=V2/RP=V2/R размер 12{P = V rSup {размер 8{2} } /R} {}, чтобы найти мощность.

  Раствор для (а)

  Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

  3,31 P=IV=(2,50 А)(12,0 В)= 30,0 WP=IV=(2,50 А)(12,0 В)= 30,0 Вт. размер 12{P = итал. «IV» = \( 2 «.» «50 А » \) \(«12» «.» «0 В» \) =» 30″ «.» «0 Вт.»} {}

  Сопротивление холоду составляло 0,350 Ом, 0,350 Ом, поэтому мощность, которую он потребляет при первом включении, составляет

  . 3.32 P=V2R=(12,0 В)20,350 Ом= 411 WP=V2R=(12,0 В)20,350 Ом= 411 Вт. Размер 12{P = { {V rSup { Размер 8{2} } } свыше {R} } = { { \( «12» «.» «0 В» \) rSup {размер 8{2} } } более {0 «.» «350» %OMEGA } } =» 411 Вт.»} {}

  Обсуждение для (а)

  30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются типичными. Но 411 Вт в холодном состоянии на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

  Стратегия и решение для (b)

  Ток при холодной лампочке можно определить несколькими способами.Мы преобразуем одно из уравнений мощности, P=I2R,P=I2R, и вводим известные значения, получая

  3.33 I=PR=411 Вт 0,350 Ом= 34,3 AI=PR=411 Вт 0,350 Ом= 34,3 А. Размер 12{I = sqrt { { {P} над {R} } } = sqrt { { {«411 Вт «} более {0 «.» «350 » %OMEGA } } } =» 34″ «.» «3 А.»} {}

  Обсуждение для (б)

  Холодный ток заметно выше установившегося значения 2,50 А, но ток быстро снизится до этого значения по мере повышения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) рассчитаны на то, чтобы кратковременно выдерживать очень высокие токи при включении устройства.В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует специальных плавких предохранителей с задержкой срабатывания .

  Электроэнергия — обзор

  Аварийное электроснабжение

  Системы аварийного электроснабжения предназначены для обеспечения электроэнергией критически важных устройств и систем, когда питание от коммунальной компании недоступно. Для достижения этой цели система аварийного электроснабжения состоит из альтернативного источника питания и средств распределения электроэнергии от этого источника к критическим устройствам и системам.

  Идентификация критически важных устройств и систем для получения аварийного питания является важной функцией проектирования для клинической инженерии. Полный список критически важных устройств и систем варьируется от оборудования жизнеобеспечения, такого как вентиляторы, и основных вспомогательных систем, таких как медицинские воздушные компрессоры, до систем безопасности и аварийных систем, таких как освещение выходного пути. Стандарты по охране окружающей среды от Совместной комиссии (2018 г.) содержат минимальный список экстренных функций и областей, которые должны быть включены в такой список (Стандарт EC.05.02.03). Тем не менее, разработка всеобъемлющего списка является междисциплинарным процессом, включающим клинические и технические аспекты.

  Стандарты NFPA (NFPA, 2018, 2019) требуют, чтобы некоторые медицинские учреждения, в том числе больницы, имели основную систему электропитания, включающую централизованный источник питания и систему распределения, отвечающую строгим критериям проектирования (NFPA, 2017).

  Хотя некоторые медицинские учреждения рассматривают источники энергии более экзотического характера, такие как системы кинетической энергии (маховики), системы топливных элементов и небольшие газотурбинные мотор-генераторные системы, источником энергии в большинстве случаев является мотор-генератор с поршневым дизельным двигателем. задавать.При отключении электроэнергии от коммунальной компании мотор-генераторная установка запускается автоматически. Как только напряжение и частота генератора стабилизируются на соответствующем уровне (как правило, в течение нескольких секунд), автоматический переключатель ввода резерва (АВР) отключает часть системы распределения электроэнергии объекта от линий коммунального предприятия и подключает ее к генератору объекта.

  Ключевые вопросы проектирования системы аварийного электроснабжения включают мощность мотор-генераторной установки и связанного с ней распределительного устройства, а также выбор цепей из распределительной системы объекта, которые будут переведены на генератор.Эти проблемы, в свою очередь, зависят от количества и расположения устройств и систем, требующих аварийного питания, а также от электрических требований этих устройств и систем. Это области, в которых участие клинической инженерии имеет важное значение для процесса проектирования учреждения. Стандарты Совместной комиссии

  (2018 г. ) включают подробные требования к испытаниям и техническому обслуживанию систем аварийного электропитания (Стандарт EC.02.05.03). Требования к техническому обслуживанию также рассматриваются в NFPA (2017). Ежемесячное тестирование мотор-генераторной установки и связанного с ней распределительного устройства является сердцевиной программы технического обслуживания.При использовании ОРУ происходит кратковременное отключение электроэнергии при переключении аварийных цепей от коммунального предприятия на генератор и (в конце периода испытаний) обратно. Закрытое распределительное устройство устраняет это падение мощности и предпочтительнее в новых установках. Стандарты управления в чрезвычайных ситуациях

  Объединенной комиссии (2018 г.) также касаются систем аварийного электроснабжения в рамках плана больничных операций в чрезвычайных ситуациях (стандарт EM.02.02.09). Медицинский персонал должен знать, как действовать в случае отказа электрической системы.В наиболее вероятном сценарии питание отключается в обычных цепях, но сохраняется (с задержкой в ​​несколько секунд) в аварийных цепях. В этом случае важно, чтобы аварийные цепи можно было легко и последовательно идентифицировать по всему объекту. Эти цепи обычно обозначаются красными розетками и/или крышками.

  Другим широко используемым вариантом аварийного питания является источник бесперебойного питания (ИБП) с батарейным питанием. Хотя они чаще всего используются для защиты отдельных критически важных устройств, большая система ИБП, например, используемая для центров обработки данных, может быть установлена ​​в условиях повышенного риска, уязвимых для перебоев в подаче электроэнергии; такие установки требуют соответствующим образом спроектированного «аккумуляторного помещения».” Время работы от батареи будет определяться емкостью батареи относительно нагрузки аварийной цепи ИБП.

  В более серьезном сценарии полная потеря электроэнергии происходит во всем объекте или его части (когда электроэнергия недоступна либо от коммунальной энергосистемы, либо от аварийного источника питания объекта). В этом случае жизненно важно иметь ручные процедуры и оборудование для обеспечения основного ухода за пациентом.