В чем измеряется q: В чем измеряется . Q? — Школьные Знания.com — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Измерение единицы работы силы в физике

Прежде чем раскрывать тему «В чём измеряется работа», необходимо сделать небольшое отступление. Всё в этом мире подчиняется законам физики. Каждый процесс или явление можно объяснить на основе тех или иных законов физики. Для каждой измеряемой величины существует единица, в которой её принято измерять. Единицы измерения являются неизменными и имеют единое значение во всём мире.

Система международных единиц

Причиной этого является следующее. В тысяча девятьсот шестидесятом году на одиннадцатой генеральной конференции по мерам и весам была принята система измерений, которая признана во всём мире. Эта система получила наименование Le Système International d’Unités, SI (СИ система интернационал). Эта система стала базовой для определений принятых во всём мире единиц измерения и их соотношения.

Физические термины и терминология

В физике единица измерения работы силы называется Дж (Джоуль), в честь английского учёного физика Джеймса Джоуля, сделавшего большой вклад в развитие раздела термодинамики в физике. Один Джоуль равен работе, совершаемой силой в один Н (Ньютон), при перемещении её приложения на один М (метр) в направлении действия силы. Один Н (Ньютон) равен силе, массой в один кг (килограмм), при ускорении в один м/с2 (метр в секунду) в направлении силы.

Формула нахождения работы

К сведению. В физике всё взаимосвязано, выполнение любой работы связано с выполнением дополнительных действий. В качестве примера можно взять бытовой вентилятор. При включении вентилятора в сеть лопасти вентилятора начинают вращаться. Вращающиеся лопасти воздействуют на поток воздуха, придавая ему направленное движение. Это является результатом работы. Но для выполнения работы необходимо воздействие других сторонних сил, без которых выполнение действия невозможно. К ним относятся сила электрического тока, мощность, напряжение и многие другие взаимосвязанные значения.

Электрический ток, по своей сути, – это упорядоченное движение электронов в проводнике в единицу времени. В основе электрического тока лежит положительно или отрицательно заряжённые частицы. Они носят название электрических зарядов. Обозначается буквами C, q, Кл (Кулон), названо в честь французского учёного и изобретателя Шарля Кулона. В системе СИ является единицей измерения количества заряженных электронов. 1 Кл равен объёму заряженных частиц, протекающих через поперечное сечение проводника в единицу времени. Под единицей времени подразумевается одна секунда. Формула электрического заряда представлена ниже на рисунке.

Формула нахождения электрического заряда

Сила электрического тока обозначается буквой А (ампер). Ампер – это единица в физике, характеризующая измерение работы силы, которая затрачивается для перемещения зарядов по проводнику. По своей сути, электрический ток – это упорядоченное движение электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля. Под проводником подразумевается материал или расплав солей (электролит), имеющий небольшую сопротивляемость прохождению электронов. На силу электрического тока влияют две физические величины: напряжение и сопротивление. Они будут рассмотрены ниже. Сила тока всегда прямо пропорциональна по напряжению и обратно пропорциональна по сопротивлению.

Формула нахождения силы тока

Как было сказано выше, электрический ток – это упорядоченное движение электронов в проводнике. Но есть один нюанс: для их движения нужно определённое воздействие. Это воздействие создаётся путём создания разности потенциалов. Электрический заряд может быть положительным или отрицательным. Положительные заряды всегда стремятся к отрицательным зарядам. Это необходимо для равновесия системы. Разница между количеством положительно и отрицательно заряжённых частиц называется электрическим напряжением.

Формула нахождения напряжения

Мощность – это количество энергии, затрачиваемое на выполнение работы в один Дж (Джоуль) за промежуток времени в одну секунду. Единицей измерения в физике обозначается как Вт (Ватт), в системе СИ W (Watt). Так как рассматривается мощность электрическая, то здесь она является значением затраченной электрической энергии на выполнение определённого действия в промежуток времени.

Формула нахождения электрической мощности

В заключение следует отметить, что единица измерения работы является скалярной величиной, имеет взаимосвязь со всеми разделами физики и может рассматриваться со стороны не только электродинамики или теплотехники, но и других разделов. В статье кратко рассмотрено значение, характеризующее единицу измерения работы силы.

Видео

Оцените статью:

Закон Ома простыми словами | boeffblog.ru

Закон Ома был придуман… (как Вы думаете кем?). Правильно! Этот закон является основой такого раздела физики как электричество. Основными физическими величинами в разделе “Электричество” являются напряжение, сопротивление и сила тока.

Электрический ток – это то явление, без которого невозможно заставить даже лампочку светиться, не говоря о компьютерах, телефонах и прочей электронике. “Ток – это то, что течет по проводам” (Цитата одного знакомого школьника). И ведь с этим не поспоришь!!! Ток представляет собой направленное движение заряженных частиц (в основном электронов, если рассматривать металлический проводник, из которого делают провода). Чтобы измерить величину тока ввели понятие “силы тока”, но, несмотря на название, это не сила (которая в Ньютонах), а количество заряженных частиц, которые проходят через поперечное сечение проводника за одну секунду. Поэтому формула для силы тока: I = q/t, измеряется в Амперах. В этой формуле q – заряд, проходящий через проводник (измеряется в Кулонах), t – время, за которое этот заряд прошел (измеряется в секундах).

Напряжение – с физической точки зрения – это работа, которая тратится для перемещения заряда от одного конца проводника к другому. Измеряется оно в Вольтах (220 Вольт в розетке, запомните как ассоциацию). Формула выглядит так: U = A/q. В этой формуле A – работа по перемещению заряда (в Джоулях), q – заряд, который был перемещен (измеряется в Кулонах). Простыми словами, напряжение – это то, что заставляет ток течь по проводам в нужную сторону.

И, наконец, сопротивление

– это особенность материала, из которого сделан проводник, которая затрудняет прохождение по нему электрического тока (заряженных частиц, то есть электронов). Наибольшим сопротивлением обладают материалы, которые не проводят ток (логично!), например резина или дерево, а наименьшим сопротивлением обладают металлы (поэтому из них делают провода). Есть еще материалы, в которых вообще отсутствует электрическое сопротивление, их называют сверхпроводники. Еще сопротивление зависит от геометрических размеров проводника (его длины и площади поперечного сечения). Чем больше длина, тем больше сопротивление, чем меньше толщина (площадь поперечного сечения), тем сопротивление, также, меньше. Если записать в виде формулы, то получим: R = ρ*l/S, сопротивление измеряется в Омах (ρ – удельное сопротивление материала проводника, l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения).

Таким образом, мы имеем следующее: напряжение толкает электроны по проводам, а сопротивление мешает ему это сделать. Мы как раз разобрали суть закона Ома. Сила тока будет большая, если будет большое напряжение, а, если будет большое сопротивление, то сила тока, соответственно, будет маленькая. А в виде формулы это выглядит так: I = U/R. Это и есть закон Ома.

Серия ADLR · ADLR-Q | ООО ТРОКС РУС

ADLR-A

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая лицевая панель
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта

ADLR-AR

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью
С соединительной рамкой

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая лицевая панель
Соединительная рамка для установки диффузора в вертикальные воздухопроводы
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-C

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью

С соединительной рамкой
С двустворчатым клапаном

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая лицевая панель
Соединительная рамка для установки диффузора в вертикальные воздухопроводы
Двустворчатый клапан для балансировки расхода воздуха
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-*H

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вместе с известными дизайнерами и архитекторами мы разработали диффузоры и решетки для монтажа в потолок, стены, лестницы и пол, которые не только являются самостоятельными элементами дизайна, но и отвечают всем требованиям по вентиляции и звукоизоляции.

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью
Со статической камерой для горизонтального подключения к воздуховоду

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

Особенности конструкции

Патрубок для присоединения к круглым воздуховодам согласно EN 1506 или EN 13180
Патрубок с канавкой для уплотнения (если дополнительно заказывается уплотнение)

ADLR-*V

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью
Со статической камерой для вертикального подключения к воздуховоду

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

Особенности конструкции

Патрубок для присоединения к круглым воздуховодам согласно EN 1506 или EN 13180
Патрубок с канавкой для уплотнения (если дополнительно заказывается уплотнение)

ADLR-Q-A

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623

Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-Q-AR

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью
С соединительной рамкой

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-Q-C

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью
С соединительной рамкой
С двустворчатым клапаном

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-Q-*H

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью
Со статической камерой для горизонтального подключения к воздуховоду

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

Особенности конструкции

Патрубок для присоединения к круглым воздуховодам согласно EN 1506 или EN 13180
Патрубок с канавкой для уплотнения (если дополнительно заказывается уплотнение)

ADLR-Q-*V

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью
Со статической камерой для вертикального подключения к воздуховоду

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

Особенности конструкции

Патрубок для присоединения к круглым воздуховодам согласно EN 1506 или EN 13180
Патрубок с канавкой для уплотнения (если дополнительно заказывается уплотнение)

ADLR-A

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая лицевая панель
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта

ADLR-AR

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью
С соединительной рамкой

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая лицевая панель
Соединительная рамка для установки диффузора в вертикальные воздухопроводы
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-C

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью
С соединительной рамкой
С двустворчатым клапаном

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая лицевая панель
Соединительная рамка для установки диффузора в вертикальные воздухопроводы
Двустворчатый клапан для балансировки расхода воздуха
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-*H

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью
Со статической камерой для горизонтального подключения к воздуховоду

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

Особенности конструкции

Патрубок для присоединения к круглым воздуховодам согласно EN 1506 или EN 13180
Патрубок с канавкой для уплотнения (если дополнительно заказывается уплотнение)

ADLR-*V

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с круглой лицевой панелью
Со статической камерой для вертикального подключения к воздуховоду

Типоразмеры

Лицевая панель: 244, 300, 356, 412, 468, 542, 598, 654
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

Особенности конструкции

Патрубок для присоединения к круглым воздуховодам согласно EN 1506 или EN 13180
Патрубок с канавкой для уплотнения (если дополнительно заказывается уплотнение)

ADLR-Q-A

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-Q-AR

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью
С соединительной рамкой

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-Q-C

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью
С соединительной рамкой
С двустворчатым клапаном

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

ADLR-Q-*H

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью
Со статической камерой для горизонтального подключения к воздуховоду

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

Особенности конструкции

Патрубок для присоединения к круглым воздуховодам согласно EN 1506 или EN 13180
Патрубок с канавкой для уплотнения (если дополнительно заказывается уплотнение)

ADLR-Q-*V

Созданы для обеспечения высочайшего уровня комфорта

Вариант исполнения

Потолочный диффузор с квадратной лицевой панелью
Со статической камерой для вертикального подключения к воздуховоду

Типоразмеры

Лицевая панель: 593, 598, 618, 623
Диффузор: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Элементы конструкции и характеристики

Круглая или квадратная лицевая панель с неподвижными направляющими лопатками
Внешняя панель диффузора
Простая установка лицевой панели диффузора при помощи центрального соединительного винта с декоративным колпачком

Особенности конструкции

Патрубок для присоединения к круглым воздуховодам согласно EN 1506 или EN 13180
Патрубок с канавкой для уплотнения (если дополнительно заказывается уплотнение)

NANOTRAC WAVE II — Динамическое светорассеяние

Оптическая конструкция анализатора размера наночастиц NANOTRAC WAVE II, WAVE II Q и WAVE ZETA представляет собой зонд, содержащий оптическое волокно, соединенное с Y-разветвителем. Лазерный луч фокусируется на объеме образца на границе раздела канала зонда и дисперсии. Сапфировое окно с высокой отражательной способностью отражает часть лазерного луча обратно на фотодиодный детектор. Лазерный свет также проникает в дисперсию, и рассеянный свет частицы отражается на 180 градусов назад к тому же детектору. Рассеянный свет от образца имеет низкий оптический сигнал относительно отраженного лазерного луча. Отраженный лазерный луч смешивается с рассеянным светом образца, добавляя высокую амплитуду лазерного луча к низкой амплитуде необработанного сигнала светорассеяния. Этот метод обнаружения с лазерным усилением обеспечивает до 10⁶ раз большее отношение сигнал / шум, чем другие методы ДСР, такие как фотонная корреляционная спектроскопия (ФКС) и нанотрекинг (НТ). Быстрое преобразование Фурье (БПФ) усиленного лазером сигнала обнаружения приводит к линейному частотному спектру мощности, который затем преобразуется в логарифмическое пространство и деконволютируется для получения результирующего распределения частиц по размерам. В сочетании с лазерным усиленным обнаружением этот расчет спектра частотной мощности обеспечивает надежный расчет всех типов распределений частиц по размерам – узких, широких, мономодальных или мультимодальных-без необходимости априори информации для подгонки алгоритма, как это происходит для ФКС. Метод лазерного усиленного детектирования, используемый в анализаторах частиц Microtrac, не подвержен влиянию аберраций сигнала из-за загрязнений в образце. Классические приборы ФКС должны либо фильтровать образец, либо создавать сложные методы измерения, чтобы устранить эти аберрации сигнала.

В чем измеряется работа тока

Электрический ток вырабатывается для того, чтобы в дальнейшем использовать его в определенных целях, для совершения какой-либо работы. Сама работа представляет собой определенные усилия, прилагаемые для перемещения электрического заряда на установленное расстояние. Условно, такая работа в пределах участка цепи, будет равна численному значению напряжения на данном участке. Для выполнения необходимых расчетов необходимо знать, в чем измеряется работа тока. Все расчеты проводятся на основании исходных данных, полученных с помощью измерительных приборов. Чем больше величина заряда, тем больше усилий требуется для его перемещения, тем большая работа будет совершена.

Что называют работой тока

Электрический ток, как физическая величина, сам по себе не имеет практического значения. Наиболее важным фактором является действие тока, характеризующееся выполняемой им работой. Сама работа представляет собой определенные действия, в процессе которых один вид энергии превращается в другой. Например, электрическая энергия с помощью вращения вала двигателя, превращается в механическую энергию. Работа самого электрического тока заключается в движении зарядов в проводнике под действием электрического поля. Фактически вся работа по перемещению заряженных частиц выполняется электрическим полем.

С целью выполнения расчетов должна быть выведена формула работы электрического тока. Для составления формул понадобятся такие параметры, как сила тока и электрическое напряжение. Поскольку работа электрического тока и работа электрического поля – это одно и то же, она будет выражаться в виде произведения напряжения и заряда, протекающего в проводнике. То есть: A = Uq. Данная формула была выведена из соотношения, определяющего напряжение в проводнике: U = A/q. Отсюда следует, что напряжение представляет собой работу электрического поля А по переносу заряженной частицы q.

Сама заряженная частица или заряд отображается в виде произведения силы тока и времени, затраченного на движение этого заряда по проводнику: q = It. В этой формуле было использовано соотношение для силы тока в проводнике: I = q/t. То есть, сила тока является отношением заряда к промежутку времени, за которое заряд проходит через поперечное сечение проводника. В окончательном виде формула работы электрического тока будет выглядеть, как произведение известных величин: A = UIt.

В каких единицах измеряется работа электрического тока

Прежде чем непосредственно решать вопрос, в чем измеряется работа электрического тока, необходимо собрать единицы измерений всех физических величин, с помощью которых вычисляется этот параметр. Любая работа измеряется в джоулях, следовательно, единицей измерения данной величины будет 1 Джоуль (1 Дж). Напряжение измеряется в вольтах, сила тока – в амперах, а время – в секундах. Значит единица измерения будет выглядеть следующим образом: 1 Дж = 1В х 1А х 1с.

Исходя из полученных единиц измерения, работа эл тока будет определяться, как произведение силы тока на участке цепи, напряжения на концах участка и промежутка времени, за которое ток протекает по проводнику.

Измерение проводятся с помощью амперметра, вольтметра и часов. Эти приборы позволяют эффективно решить проблему, как найти точное значение данного параметра. При включении амперметра и вольтметра в цепь, необходимо следить за их показаниями в течение установленного промежутка времени. Полученные данные вставляются в формулу, после чего выводится конечный результат.

Функции всех трех приборов объединяются в электросчетчиках, учитывающих потребленную энергию, а фактически работу, совершенную электротоком. Здесь используется уже другая единица – 1 кВт х ч, что также означает, сколько работы было совершено в течение единицы времени.

активную, реактивную, полную[br] (P, Q, S), а также коэффициент мощности (PF)

Из письма клиента:
Подскажите, ради Бога, почему мощность ИБП указывается в Вольт-Амперах, а не в привычных для всех киловаттах. Это сильно напрягает. Ведь все уже давно привыкли к киловаттам. Да и мощность всех приборов в основном указана в кВт.
Алексей. 21 июнь 2007

В технических характеристиках любого ИБП указаны полная мощность [кВА] и активная мощность [кВт] – они характеризуют нагрузочную способность ИБП. Пример, см. фотографии ниже:

Мощность не всех приборов указана в Вт, например:

Мощность трансформаторов указывается в ВА:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП: см приложение)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ: см приложение)
Мощность конденсаторов указывается в Варах:
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39: см приложение)
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК: см приложение)
Примеры других нагрузок — см. приложения ниже.

Мощностные характеристики нагрузки можно точно задать одним единственным параметром (активная мощность в Вт) только для случая постоянного тока, так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления – активное сопротивление.

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность и реактивная мощность точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: конденсатор, катушка индуктивности (параграф 40,41, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Дальше в любом учебнике по электротехнике Вы можете прочитать, что активная мощность (рассеиваемая на активном сопротивлении) измеряется в ваттах, а реактивная мощность (циркулирующая через реактивное сопротивление) измеряется в варах; так же для характеристики мощности нагрузки используют ещё два параметра: полную мощность и коэффициент мощности. Все эти 4 параметра:

Активная мощность: обозначение P, единица измерения: Ватт
Реактивная мощность: обозначение Q, единица измерения: ВАр (Вольт Ампер реактивный)
Полная мощность: обозначение S, единица измерения: ВА (Вольт Ампер)
Коэффициент мощности: обозначение k или cosФ, единица измерения: безразмерная величина

Эти параметры связаны соотношениями: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S

Также cosФ называется коэффициентом мощности (Power Factor – PF)

Поэтому в электротехнике для характеристики мощности задаются любые два из этих параметров так как остальные могут быть найдены из этих двух.

Например, электромоторы, лампы (разрядные) — в тех. данных указаны P[кВт] и cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигатели АИР: см. приложение)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампы ДРЛ: см. приложение)
(примеры технических данных разных нагрузок см. приложение ниже)

То же самое и с источниками питания. Их мощность (нагрузочная способность) характеризуется одним параметром для источников питания постоянного тока – активная мощность (Вт), и двумя параметрами для ист. питания переменного тока. Обычно этими двумя параметрами являются полная мощность (ВА) и активная (Вт). См. например параметры ДГУ и ИБП.

Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах. В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются компьютеры с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор (например погружной насос или мотор в составе станка), люминисцентные балластные лампы и др. – при расчёте используются все вых. данные ибп: кВА, кВт, перегрузочные характеристики и др.

См. учебники по электротехнике, например:

1. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

2. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

3. Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

Так же см. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance http://en.wikipedia.org
(перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Приложение

Пример 1: мощность трансформаторов и автотрансформаторов указывается в ВА (Вольт·Амперах)

Трансформаторы питания номинальной выходной мощностью 25-60 ВА
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ)


		АОСН-2-220-82
	Латр 1.25	АОСН-4-220-82
	Латр 2.5	АОСН-8-220-82


		АОСН-20-220

		АОМН-40-220

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (ЛАТР / лабораторные автотрансформаторы TDGC2)

Пример 2: мощность конденсаторов указывается в Варах (Вольт·Амперах реактивных)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39)

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК)

Пример 3: технические данные электромоторов содержат активную мощность (кВт) и cosФ

Для таких нагрузок как электромоторы, лампы (разрядные), компьютерные блоки питания, комбинированные нагрузки и др. — в технических данных указаны P [кВт] и cosФ (активная мощность и коэффициент мощности) или S [кВА] и cosФ (полная мощность и коэффициент мощности).

http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигатели АИР)

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(комбинированная нагрузка – станок плазменной резки стали / Inverter Plasma cutter LGK160 (IGBT)

Технические данные разрядных ламп содержат активную мощность (кВт) и cosФ
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампы ДРЛ)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (блок питания ПК)

Дополнение 1

Если нагрузка имеет высокий коэффициент мощности (0.8 … 1.0), то её свойства приближаются к активной нагрузке. Такая нагрузка является идеальной как для сетевой линии, так и для источников электроэнергии, т.к. не порождает реактивных токов и мощностей в системе.

Если нагрузка имеет низкий коэффициент мощности (менее 0.8 … 1.0), то в линии питания циркулируют большие реактивные токи (и мощности). Это паразитное явление приводит к повышению потерь в проводах линии (нагрев и др.), нарушению режима работы источников (генераторов) и трансформаторов сети, а также др. проблемам.

Поэтому во многих странах приняты стандарты нормирующие коэффициент мощности оборудования.

Дополнение 2

Оборудование однонагрузочное (например, БП ПК) и многосоставное комбинированное (например, фрезерный промышленный станок, имеющий в составе несколько моторов, ПК, освещение и др.) имеют низкие коэффициенты мощности (менее 0.8) внутренних агрегатов (например, выпрямитель БП ПК или электромотор имеют коэффициент мощности 0.6 .. 0.8). Поэтому в настоящее время большинство оборудования имеет входной блок корректора коэффициента мощности. В этом случае входной коэффициент мощности равен 0.9 … 1.0, что соответствует нормативным стандартам.

Дополнение 3. Важное замечание относительно коэффициента мощности ИБП и стабилизаторов напряжения

Нагрузочная способность ИБП и ДГУ нормирована на стандартную промышленную нагрузку (коэффициент мощности 0.8 с индуктивным характером). Например, ИБП 100 кВА / 80 кВт. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 80 кВт, или смешанную (активно-реактивную) нагрузку максимальной мощности 100 кВА с индуктивным коэффициентом мощности 0.8.

В стабилизаторах напряжения дело обстоит иначе. Для стабилизатора коэффициент мощности нагрузки безразличен. Например, стабилизатор напряжения 100 кВА. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 100 кВт, или любую другую (чисто активную, чисто реактивную, смешанную) мощностью 100 кВА или 100 кВАр с любым коэффициентом мощности емкостного или индуктивного характера. Обратите внимание, что это справедливо для линейной нагрузки (без высших гармоник тока). При больших гармонических искажениях тока нагрузки (высокий КНИ) выходная мощность стабилизатора снижается.

Дополнение 4

Наглядные примеры чистой активной и чистой реактивных нагрузок:

К сети переменного тока 220 VAC подключена лампа накаливания 100 Вт – везде в цепи есть ток проводимости (через проводники проводов и вольфрамовый волосок лампы). Характеристики нагрузки (лампы): мощность S=P~=100 ВА=100 Вт, PF=1 => вся электрическая мощность активная, а значит она целиком поглащается в лампе и превращается в мощность тепла и света.
К сети переменного тока 220 VAC подключен неполярный конденсатор 7 мкФ – в цепи проводов есть ток проводимости, внутри конденсатора идёт ток смещения (через диэлектрик). Характеристики нагрузки (конденсатора): мощность S=Q~=100 ВА=100 ВАр, PF=0 => вся электрическая мощность реактивная, а значит она постоянно циркулирует от источника к нагрузке и обратно, опять к нагрузке и т.д.

Дополнение 5

Для обозначения преобладающего реактивного сопротивления (индуктивного либо ёмкостного) коэффициенту мощности приписывается знак:

+ (плюс) – если суммарное реактивное сопротивление является индуктивным (пример: PF=+0.5). Фаза тока отстаёт от фазы напряжения на угол Ф.

— (минус) – если суммарное реактивное сопротивление является ёмкостным (пример: PF=-0,5). Фаза тока опережает фазу напряжения на угол Ф.

Дополнение 6

В различных областях техники мощность может быть либо полезной, либо паразитной НЕЗАВИСИМО от того активная она или реактивная. Например, необходимо различать активную полезную мощность рассеиваемую на рабочей нагрузке и активную паразитную мощность рассеиваемую в линии электропередачи. Так, например, в электротехнике при расчете активной и реактивной мощностей наиболее часто активная мощность является полезной мощностью, передаваемой в нагрузку и является реальной (не мнимой) величиной. А в электронике при расчёте конденсаторов или расчёте самих линий передач активная мощность является паразитной мощностью, теряемой на разогрев конденсатора (или линии) и является мнимой величиной. Причём, деление на мнимые и немнимые величины производится только для удобства рассчётов. На самом деле, все физические величины конечно реальные.

Дополнительные вопросы

Вопрос 1:
Почему во всех учебниках электротехники при расчете цепей переменного тока используют мнимые числа / величины (например, реактивная мощность, реактивное сопротивление и др.), которые не существуют в реальности?

Ответ:
Да, все отдельные величины в окружающем мире – действительные. В том числе температура, реактивное сопротивление, и т.д. Использование мнимых (комплексных) чисел – это только математический приём, облегчающий вычисления. В результате вычисления получается обязательно действительное число. Пример: реактивная мощность нагрузки (конденсатора) 20кВАр – это реальный поток энергии, то есть реальные Ватты, циркулирующие в цепи источник–нагрузка. Но что бы отличить эти Ватты от Ваттов, безвозвратно поглащаемых нагрузкой, эти «циркулирующие Ватты» решили называть Вольт·Амперами реактивными [6].

Замечание:
Раньше в физике использовались только одиночные величины и при расчете все математические величины соответствовали реальным величинам окружающего мира. Например, расстояние равно скорость умножить на время (S=v*t). Затем с развитием физики, то есть по мере изучения более сложных объектов (свет, волны, переменный электрический ток, атом, космос и др.) появилось такое большое количество физических величин, что рассчитывать каждую в отдельности стало невозможно. Это проблема не только ручного вычисления, но и проблема составления программ для ЭВМ. Для решения данное задачи близкие одиночные величины стали объединять в более сложные (включающие 2 и более одиночных величин), подчиняющиеся известным в математике законам преобразования. Так появились скалярные (одиночные) величины (температура и др.), векторные и комплексные сдвоенные (импеданс и др.), векторные строенные (вектор магнитного поля и др.), и более сложные величины – матрицы и тензоры (тензор диэлектрической проницаемости, тензор Риччи и др.). Для упрощения рассчетов в электротехнике используются следующие мнимые (комплексные) сдвоенные величины:

Полное сопротивление (импеданс) Z=R+iX
Полная мощность S=P+iQ
Диэлектрическая проницаемость e=e’+ie»
Магнитная проницаемость m=m’+im»
и др.

Вопрос 2:

На странице http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power показаны S P Q Ф на комплексной, то есть мнимой / несуществующей плоскости. Какое отношение это все имеет к реальности?

Ответ:
Проводить расчеты с реальными синусоидами сложно, поэтому для упрощения вычислений используют векторное (комплексное) представление как на рис. выше. Но это не значит, что показанные на рисунке S P Q не имеют отношения к реальности. Реальные величины S P Q могут быть представлены в обычном виде, на основе измерений синусоидальных сигналов осциллографом. Величины S P Q Ф I U в цепи переменного тока «источник-нагрузка» зависят от нагрузки. Ниже показан пример [5] реальных синусоидальных сигналов S P Q и Ф для случая нагрузки состоящей из последовательно соединённых активного и реактивного (индуктивного) сопротивлений.

Вопрос 3:
Обычными токовыми клещами и мультиметром измерен ток нагрузки 10 A, и напряжение на нагрузке 225 В. Перемножаем и получаем мощность нагрузки в Вт: 10 A · 225В = 2250 Вт.

Ответ:
Вы получили (рассчитали) полную мощность нагрузки 2250 ВА. Поэтому ваш ответ будет справедлив только, если ваша нагрузка чисто активная, тогда действительно Вольт·Ампер равен Ватту. Для всех других типов нагрузок (например электромотор) – нет. Для измерения всех характеристик любой произвольной нагрузки необходимо использовать анализатор сети, например APPA137:

См. дополнительную литературу, например:

[1]. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

[2]. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

[3]. Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

[4]. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance
http://en.wikipedia.org (перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

[5]. Теория и расчёт трансформаторов малой мощности Ю.Н.Стародубцев / РадиоСофт Москва 2005 г. / rev d25d5r4feb2013

[6]. Международная система единиц, СИ, см напр. ГОСТ 8.417-2002. ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИН

нахождения величины заряда и количество заряда

Электрический заряд – это основа работы любого электронного прибора и та величина, без которой невозможно посчитать ни один важный показатель в электродинамике и электростатике. Подробная расшифровка термина, описание формулы нахождения электрического заряда и образец решения типовой задачи приведены в данной статье.

Что такое электрический заряд q

Электрический заряд, обозначаемый в международной системе единиц буквами q и Q, считается скалярной физической величиной, которая определяет свойство частицы или тела выступать в качестве источника электромагнитного поля и вступать в прямое взаимодействие с ним. В физике существует несколько видов электромагнитных заряженных частиц, и они называются положительными или отрицательными. Обе единицы измеряются в Кулонах, а найти их можно путём вычисления произведения одного Ампера с одной секундой.

Понятие из учебного пособия

Формула нахождения заряда

Определить искомую величину можно из физико-математической формулы силы тока. В соответствии с ней, нужно перемножить силу тока на время его прохождения по проводнику. Количество заряда можно узнать через формулу +-ne, где n служит целым числом, а е равно значению = -1,6*10^-19 Кулон.

Обратите внимание! Формула заряда является следствием прямой зависимости напряженности электромагнитного поля от потенциала его частицы, что является основным правилом нахождения емкости заряженного конденсатора и величины энергии, накопленной в нём. Кроме того, вычислить количество заряда можно через силу Лоренца.

Основные формулы

Как вычислять с помощью законов

Поскольку q и Q являются скалярными единицами, вычислить их с помощью законов можно через точные формулы, выведенные известными учеными-физиками. К примеру, в соответствии с законом Кулона, можно найти величину и силовое направление взаимодействия заряженных частиц между несколькими неподвижными телами.

Закон сохранения

Все элементарные частицы подразделяются на нейтральные или заряженные. Они вступают во взаимодействие друг с другом внутри электромагнитного поля. Частицы, которые имеют одноименный электрон, отталкиваются, а разноименный – притягиваются. В первом случае наблюдается избыток электронов, а во втором – их недостаток. Оба типа частиц заряжаются посредством электризации. На практике, при возникновении данного явления, заряженные частицы равны по модулю, несмотря на противоположность знаков. Когда разные частицы притягиваются, то между ними происходит электризация и сохранение электрона. При этом, сумма всех изолированных системных частиц не изменяется, то есть, q + q + q…= const.

Закон сохранения

Закон Кулона

Выше было сказано, что электрические заряженные микрочастицы бывают как положительными, так и отрицательными, а их наличие подтверждается силовым взаимодействием, которое с помощью экспериментов на весах описал в 1785 году О. Кулон, создав свой физико-математический закон.

Закон Кулона представляет собой физическую закономерность, которая описывает взаимодействие наэлектризованных частиц между не электризованными, в зависимости от промежутка между ними. В соответствии с этой формулировкой, чем больше электронов имеет частица, тем ближе она расположена к другой элементарной единице заряда, и, соответственно, сила возрастает.

Обратите внимание! При увеличении расстояния между частицами, сал их взаимодействия неизменно убывает. В математической формуле это выглядит так: F1 = F2 = K*(q1*q2/r2), где q1 и q2 считаются модулями заряженных микрочастиц, k является коэффициентом пропорциональности, который зависит от системного выбора единицы, а r — расстоянием.

Закон Кулона

Образец решения задач по теме «Электрический заряд»

Ниже приведены образцы решения простых задач по электростатике, в частности, на закон Кулона.

Задача 1. Несколько одинаковых заряженных шаров имеют показатели q1 = 6 микрокулон и q2 = -18 микрокулон. Они располагаются друг от друга на 36 сантиметров (0,36 метров). Насколько будет меняться сила их взаимодействия при соприкосновении друг с другом и разведении в сторону?

Чтобы решить эту задачу, нужно воспользоваться эл заряд формулой F=K*(q1*q2/r2), подставив вместо букв известные величины. В результате, выйдет число 7,5.

Задача 2. Маленькие одинаковые шары находятся на промежутке в 0,15 метра и притягиваются с силой 1 микроньютон.-7 или 10 микрокулон.

Формула для решения

В целом, электрический заряд представляет собой физическую скалярную величину, которая определяет способность тел являться источником электромагнитного поля и участвовать во взаимодействии с ним. Отыскать величину, которая обозначается буквами q и Q, для решения задач или для выполнения другой работы, можно через закон сохранения, Кулона и представленные выше основные физические формулы.

Коэффициент добротности

— определение добротности Тобина

Что такое коэффициент добротности или добротность Тобина?

Коэффициент Q, также известный как Q Тобина, равен рыночной стоимости компании, деленной на стоимость замещения ее активов. Таким образом, равновесие — это когда рыночная стоимость равна восстановительной стоимости. На самом базовом уровне коэффициент Q выражает взаимосвязь между рыночной оценкой и внутренней стоимостью. Другими словами, это средство оценки того, переоценен или недооценен конкретный бизнес или рынок.

Ключевые выводы

Коэффициент Q был популяризирован лауреатом Нобелевской премии Джеймсом Тобином и изобретен в 1966 году Николасом Калдором.
Коэффициент Q, также известный как Q Тобина, измеряет, является ли фирма или совокупный рынок относительно переоцененным или недооцененным.
Он основан на понятиях рыночной стоимости и восстановительной стоимости.
Упрощенный коэффициент Q — это рыночная стоимость капитала, деленная на балансовую стоимость собственного капитала.

Формула и расчет коэффициента добротности

Q Тобина знак равно Общая рыночная стоимость фирмы Общая стоимость активов фирмы \ text {Q Tobin’s} = \ frac {\ text {Общая рыночная стоимость фирмы}} {\ text {Общая стоимость активов фирмы}} Q Тобина = Общая стоимость активов фирмы Общая рыночная стоимость фирмы

Коэффициент Q рассчитывается как рыночная стоимость компании, деленная на восстановительную стоимость активов фирмы.Поскольку стоимость замещения всех активов оценить сложно, аналитики часто используют другую версию формулы для оценки коэффициента Q Тобина. Это выглядит следующим образом:

Q Тобина знак равно Рыночная стоимость капитала + рыночная стоимость обязательств Балансовая стоимость капитала + балансовая стоимость обязательств \ text {Q Tobin’s} = \ frac {\ text {Рыночная стоимость капитала + рыночная стоимость обязательств}} {\ text {Балансовая стоимость капитала + балансовая стоимость обязательств}} Q Тобина = балансовая стоимость капитала + балансовая стоимость обязательств Рыночная стоимость капитала + рыночная стоимость обязательств

Часто предполагается, что рыночная стоимость обязательств и балансовая стоимость обязательств компании эквивалентны, поскольку рыночная стоимость обычно не учитывает обязательства фирмы.Это обеспечивает упрощенную версию коэффициента добротности Тобина следующим образом:

Q Тобина знак равно Рыночная стоимость акций Балансовая стоимость капитала \ text {Q Тобина} = \ frac {\ text {Рыночная стоимость капитала}} {\ text {Балансовая стоимость капитала}} Q Тобина = Балансовая стоимость капитала Рыночная стоимость капитала

О чем говорит коэффициент добротности

Коэффициент Q Тобина — это коэффициент, популяризированный Джеймсом Тобином из Йельского университета, лауреатом Нобелевской премии по экономике, который предположил, что совокупная рыночная стоимость всех компаний на фондовом рынке должна быть примерно равна их стоимости замещения.

Хотя Тобина часто называют его создателем, это соотношение было впервые предложено в академической публикации экономиста Николаса Калдора в 1966 году. В более ранних текстах это соотношение иногда упоминается как «против Калдора».

Низкий коэффициент Q — от 0 до 1 — означает, что стоимость замены активов фирмы превышает стоимость ее акций. Это означает, что акции недооценены. И наоборот, высокий Q (больше 1) означает, что акции фирмы дороже, чем стоимость замещения ее активов, что означает, что акции переоценены.

Этот показатель оценки акций является движущим фактором инвестиционных решений в отношении Q Тобина. Применительно к рынку в целом мы можем оценить, является ли рынок относительно перекупленным или недооцененным; мы можем представить эти отношения следующим образом:

Коэффициент добротности (рынок) знак равно Рыночная капитализация всех компаний Восстановительная стоимость всех компаний \ text {Коэффициент Q (Рынок)} = \ frac {\ text {Рыночная капитализация всех компаний}} {\ text {Восстановительная стоимость всех компаний}} Коэффициент Q (рыночный) = восстановительная стоимость всех компаний Рыночная капитализация всех компаний

Для фирмы или рынка коэффициент, превышающий единицу, теоретически означает, что рынок или компания переоценены.Коэффициент меньше единицы будет означать, что он недооценен.

В основе этих простых уравнений лежит столь же простая интуиция относительно взаимосвязи между ценой и стоимостью. По сути, коэффициент добротности Тобина утверждает, что бизнес (или рынок) стоит того, чтобы его заменить. Стоимость, необходимая для замены бизнеса (или рынка), является его восстановительной стоимостью.

Может показаться логичным, что для справедливой рыночной стоимости коэффициент Q равен 1,0. Но исторически этого не произошло.До 1995 года (по данным за 1945 год) коэффициент добротности в США никогда не достигал 1,0. В первом квартале 2000 года коэффициент Q составлял 2,15, тогда как в первом квартале 2009 года он составлял 0,66. По состоянию на второй квартал 2020 года коэффициент добротности составлял 2,12.

Стоимость замены и коэффициент добротности

Восстановительная стоимость (или восстановительная стоимость) относится к стоимости замены существующего актива на основе его текущей рыночной цены. Например, стоимость замены жесткого диска емкостью 1 терабайт сегодня может составлять всего 50 долларов, даже если мы заплатили 500 долларов за то же место для хранения несколько лет назад.

В этом сценарии определить стоимость замены будет легко, потому что существует устойчивый рынок жестких дисков, с которых можно изучать цены. Чтобы определить, сколько стоит жесткий диск емкостью один терабайт, нам просто нужно определить, сколько будет стоить покупка жесткого диска емкостью один терабайт (сопоставимого качества и характеристик) у одного из множества различных поставщиков на рынке. Однако во многих случаях восстановительная стоимость активов может оказаться гораздо более неуловимой, чем эта.

Например, рассмотрим бизнес, который владеет сложным программным обеспечением, специально разработанным для его операций.Из-за его узкоспециализированного характера на рынке не может быть никаких сопоставимых альтернатив. В отличие от нашего предыдущего примера, мы не могли просто проверить, сколько продается похожее программное обеспечение, потому что достаточно похожего программного обеспечения не существовало бы. Таким образом, было бы трудно, если не невозможно, дать объективную оценку стоимости замены программного обеспечения.

Подобные обстоятельства возникают в различных бизнес-контекстах, от сложного промышленного оборудования и непонятных финансовых активов до нематериальных активов, таких как гудвил.Из-за сложности определения восстановительной стоимости этих и подобных активов многие инвесторы не считают коэффициент добротности Тобина надежным инструментом для оценки отдельных компаний.

Пример использования коэффициента добротности

Формула для коэффициента Q Тобина берет общую рыночную стоимость фирмы и делит ее на общую стоимость активов фирмы. Например, предположим, что у компании есть активы на сумму 35 миллионов долларов. Он также имеет 10 миллионов акций в обращении, которые продаются по 4 доллара за акцию.В этом примере коэффициент добротности Тобина будет следующим:

Коэффициент добротности Тобина знак равно Общая рыночная стоимость фирмы Общая стоимость активов фирмы знак равно $ 40 , 000 , 000 $ 35 год , 000 , 000 знак равно 1.14 \ text {Коэффициент добротности Тобина} = \ frac {\ text {Общая рыночная стоимость фирмы}} {\ text {Общая стоимость активов фирмы}} = \ frac {\ 40 000 000 долларов США} {\ 35 000 000 долларов США} = 1,14 Коэффициент добротности Тобина = Общая стоимость активов фирмы Общая рыночная стоимость фирмы = 35 000 000 долларов США 40 000 000 долларов США = 1,14

Поскольку коэффициент больше 1,0, рыночная стоимость превышает восстановительную стоимость, и поэтому мы можем сказать, что фирма переоценена и может быть сделана для продажи.

Недооцененная компания, имеющая коэффициент меньше единицы, будет привлекательна для корпоративных рейдеров или потенциальных покупателей, поскольку они могут захотеть купить фирму, а не создавать аналогичную компанию. Это, вероятно, приведет к увеличению интереса к компании, что приведет к увеличению ее стоимости акций, что, в свою очередь, увеличит коэффициент Q Тобина.

Что касается переоцененных компаний, у которых коэффициент выше единицы, они могут столкнуться с усилением конкуренции. Коэффициент выше единицы указывает на то, что фирма получает ставку, превышающую ее восстановительную стоимость, что может побудить отдельные лица или другие компании создавать аналогичные виды бизнеса для получения части прибыли.Это снизит рыночные доли существующей фирмы, снизит ее рыночную цену и приведет к падению ее коэффициента Q Тобина.

Ограничения использования коэффициента добротности

Q Тобина до сих пор используется на практике, но с тех пор другие обнаружили, что фундаментальные показатели предсказывают результаты инвестиций намного лучше, чем коэффициент Q, включая норму прибыли — либо для компании, либо для средней нормы прибыли для экономики страны.

Другие, такие как Дуг Хенвуд в его книге « Уолл-стрит: как это работает и для кого », обнаруживают, что коэффициент Q не может точно предсказать результаты инвестиций в течение важного периода времени.Данные для оригинальной статьи Тобина (1977) охватывают период с 1960 по 1974 год, период, для которого Q, казалось, довольно хорошо объяснял инвестиции. Но если посмотреть на другие периоды времени, Q не может предсказать переоцененные или недооцененные рынки или фирмы. В то время как Q и инвестиции, казалось, двигались вместе в первой половине 1970-х, Q рухнул во время медвежьих фондовых рынков в конце 1970-х, даже когда инвестиции в активы росли.

Страница не найдена

Образование
- Общий
  - Словарь
  - Экономика
  - Корпоративные финансы
  - Рот ИРА
  - Акции
  - Паевые инвестиционные фонды
  - ETFs
  - 401 (к)
- Инвестирование / Торговля
  - Основы инвестирования
  - Фундаментальный анализ
  - Управление портфелем
  - Основы трейдинга
  - Технический анализ
  - Управление рисками
Рынки
- Новости
  - Новости компании
  - Новости рынков
  - Торговые новости
  - Политические новости
  - Тенденции
- Популярные акции
  - Яблоко (AAPL)
  - Тесла (TSLA)
  - Amazon (AMZN)
  - AMD (AMD)
  - Facebook (FB)
  - Netflix (NFLX)
Симулятор
Ваши деньги
- Личные финансы
  - Управление благосостоянием
  - Бюджетирование / экономия
  - Банковское дело
  - Кредитные карты
  - Домовладение
  - Пенсионное планирование
  - Налоги
  - Страхование
- Обзоры и рейтинги
  - Лучшие онлайн-брокеры
  - Лучшие сберегательные счета
  - Лучшие домашние гарантии
  - Лучшие кредитные карты
  - Лучшие личные займы
  - Лучшие студенческие ссуды
  - Лучшее страхование жизни
  - Лучшее автострахование
Советники
- Ваша практика
  - Управление практикой
  - Непрерывное образование
  - Карьера финансового консультанта
  - Инвестопедия 100
- Управление благосостоянием
  - Портфолио Строительство
  - Финансовое планирование
Академия
- Популярные курсы
  - Инвестирование для начинающих
  - Станьте дневным трейдером
  - Торговля для начинающих
  - Технический анализ
- Курсы по темам
  - Все курсы
  - Торговые курсы
  - Курсы инвестирования
  - Финансовые профессиональные курсы

Представлять на рассмотрение

Извините, страница, которую вы ищете, недоступна.Вы можете найти то, что ищете, используя наше меню или параметры поиска.

дом

О нас
Условия эксплуатации
Словарь
Редакционная политика
Рекламировать
Новости
Политика конфиденциальности
Свяжитесь с нами
Карьера
Уведомление о конфиденциальности для Калифорнии

#
А
B
C
D
E
F
г
ЧАС
я
J
K
L
M
N
О
п
Q
р
S
Т
U
V
W
Икс
Y
Z

Investopedia является частью издательской семьи Dotdash.

Страница не найдена

Образование
- Общий
  - Словарь
  - Экономика
  - Корпоративные финансы
  - Рот ИРА
  - Акции
  - Паевые инвестиционные фонды
  - ETFs
  - 401 (к)
- Инвестирование / Торговля
  - Основы инвестирования
  - Фундаментальный анализ
  - Управление портфелем
  - Основы трейдинга
  - Технический анализ
  - Управление рисками
Рынки
- Новости
  - Новости компании
  - Новости рынков
  - Торговые новости
  - Политические новости
  - Тенденции
- Популярные акции
  - Яблоко (AAPL)
  - Тесла (TSLA)
  - Amazon (AMZN)
  - AMD (AMD)
  - Facebook (FB)
  - Netflix (NFLX)
Симулятор
Ваши деньги
- Личные финансы
  - Управление благосостоянием
  - Бюджетирование / экономия
  - Банковское дело
  - Кредитные карты
  - Домовладение
  - Пенсионное планирование
  - Налоги
  - Страхование
- Обзоры и рейтинги
  - Лучшие онлайн-брокеры
  - Лучшие сберегательные счета
  - Лучшие домашние гарантии
  - Лучшие кредитные карты
  - Лучшие личные займы
  - Лучшие студенческие ссуды
  - Лучшее страхование жизни
  - Лучшее автострахование
Советники
- Ваша практика
  - Управление практикой
  - Непрерывное образование
  - Карьера финансового консультанта
  - Инвестопедия 100
- Управление благосостоянием
  - Портфолио Строительство
  - Финансовое планирование
Академия
- Популярные курсы
  - Инвестирование для начинающих
  - Станьте дневным трейдером
  - Торговля для начинающих
  - Технический анализ
- Курсы по темам
  - Все курсы
  - Торговые курсы
  - Курсы инвестирования
  - Финансовые профессиональные курсы

Представлять на рассмотрение

Извините, страница, которую вы ищете, недоступна.Вы можете найти то, что ищете, используя наше меню или параметры поиска.

дом

О нас
Условия эксплуатации
Словарь
Редакционная политика
Рекламировать
Новости
Политика конфиденциальности
Свяжитесь с нами
Карьера
Уведомление о конфиденциальности для Калифорнии

#
А
B
C
D
E
F
г
ЧАС
я
J
K
L
M
N
О
п
Q
р
S
Т
U
V
W
Икс
Y
Z

Investopedia является частью издательской семьи Dotdash.

Урок физики

На предыдущей странице мы узнали, что делает тепло с объектом, когда оно накапливается или выделяется. Прирост или потеря тепла приводят к изменениям температуры, изменению состояния или выполнения работы. Тепло — это передача энергии. Когда объект приобретается или теряется, внутри этого объекта будут происходить соответствующие изменения энергии. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта. Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект.А когда работа сделана, происходит полная передача энергии объекту, над которым она выполняется. В этой части Урока 2 мы исследуем вопрос Как измерить количество тепла, полученного или выделенного объектом?

Удельная теплоемкость

Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаково. Будут ли предметы нагреваться одинаково? Ответ: скорее всего, нет.Разные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость относится к количеству тепла, необходимому для изменения температуры единицы массы (скажем, грамма или килограмма) на 1 ° C. В учебниках часто указывается удельная теплоемкость различных материалов. Стандартные метрические единицы — Джоуль / килограмм / Кельвин (Дж / кг / К). Чаще используются единицы измерения — Дж / г / ° C. Используйте виджет ниже, чтобы просмотреть удельную теплоемкость различных материалов.Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. Д.) И нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображаться в отдельном окне.

Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж / г / ° C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж / г / ° C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1 ° C потребуется больше тепла, чем для повышения температуры той же массы железа на 1 ° C.Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребуется примерно вдвое больше тепла по сравнению с тем же изменением температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти вдвое больше, чем у железа.

Теплоемкость указана из расчета на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается на основе на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они указаны из расчета на количество , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от того, сколько вещества имеется.Эту истину, несомненно, знает всякий, кто варил на плите кастрюлю с водой. Вода закипает при температуре 100 ° C на уровне моря и при слегка пониженной температуре на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее сначала нужно поднять до 100 ° C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла горелкой печи. Быстро замечаешь, что для того, чтобы довести до кипения полную кастрюлю с водой, требуется значительно больше времени, чем для того, чтобы довести до кипения наполовину полную. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры.Фактически, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в двойной массе воды.

Удельная теплоемкость также указана на основе на К или на ° C. Тот факт, что удельная теплоемкость указана из расчета на градус , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры.Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20 ° C до 100 ° C (изменение на 80 ° C) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60 ° C до 100 ° C (изменение на 40 ° C). ° С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80 ° C требуется вдвое больше тепла по сравнению с изменением на 40 ° C. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды вместо холодной.

Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает одного заключительного комментария. Термин «удельная теплоемкость» в некотором роде неверно обозначается как «» — «». Этот термин подразумевает, что вещества могут обладать способностью удерживать вещь , называемую теплотой. Как уже говорилось ранее, тепло — это не то, что содержится в объекте. Тепло — это то, что передается к объекту или от него. Объекты содержат энергию в самых разных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с разной температурой, мы называем переданную энергию теплом или тепловой энергией .Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергоемкость.

Связь количества тепла с изменением температуры

Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и ее результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

Q = m • C • ΔT

где Q — количество тепла, передаваемого к объекту или от него, m — масса объекта, C — удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, а ΔT — результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех других ситуациях в науке, значение дельта (∆) для любой величины вычисляется путем вычитания начального значения количества из окончательного значения количества. В этом случае ΔT равно T _final — T _initial.При использовании приведенного выше уравнения значение Q может быть положительным или отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает, что объект получил тепловую энергию из окружающей среды; это соответствовало бы повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает, что объект выделяет тепловую энергию в окружающую среду; это соответствовало бы снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

Знание любых трех из этих четырех величин позволяет человеку вычислить четвертое количество. Обычная задача на многих уроках физики включает решение проблем, связанных с отношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две проблемы ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

Пример задачи 1
Какое количество тепла требуется для повышения температуры 450 граммов воды с 15 ° C до 85 ° C? Удельная теплоемкость воды 4.18 Дж / г / ° C.

Как и любая проблема в физике, решение начинается с определения известных величин и соотнесения их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

м = 450 г
C = 4,18 Дж / г / ° C
T _{начальная} = 15 ° C
T _{окончательная} = 85 ° C

Мы хотим определить значение Q — количество тепла.Для этого мы использовали бы уравнение Q = m • C • ΔT. Буквы m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температуре.

T = T _{окончательный} — T _{начальный} = 85 ° C — 15 ° C = 70 ° C

Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить их и решить для Q.

Q = m • C • ΔT = (450 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (70 ° C)
Q = 131670 Дж
Q = 1.3×10 ⁵ J = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

Пример задачи 2
Образец 12,9 грамма неизвестного металла при температуре 26,5 ° C помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 граммов воды при температуре 88,6 ° C. Вода охлаждается, и металл нагревается, пока не будет достигнуто тепловое равновесие при 87,1 ° C. Предполагая, что все тепло, теряемое водой, передается металлу, а чашка идеально изолирована, определите удельную теплоемкость неизвестного металла.Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж / г / ° C.

По сравнению с предыдущей проблемой это гораздо более сложная проблема. По сути, эта проблема похожа на две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, потерянного водой (Q _вода), равно количеству тепла, полученного металлом (Q _металл). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно вычислить Q _water.Это значение Q _воды равно значению металла Q _{. Как только значение металла} Q _{известно, его можно использовать со значением m и ΔT металла для расчета металла} Q _{. Использование этой стратегии приводит к следующему решению:}

Часть 1: Определение потерь тепла водой

Дано:

м = 50,0 г
C = 4,18 Дж / г / ° C
T _{начальная} = 88,6 ° C
Т _{финальный} = 87.1 ° С
ΔT = -1,5 ° C (T _{конечный} — T _{начальный})

Решение для Q _воды:

Q _вода = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (-1,5 ° C)
Q _вода = -313,5 Дж (без заземления)
(Знак — означает, что вода теряет тепло)

Часть 2: Определите стоимость металла C

Дано:

Q _металл = 313.5 Дж (используйте знак +, так как металл нагревается)
m = 12,9 г
T _{начальная} = 26,5 ° C
T _{окончательная} = 87,1 ° C
ΔT = (T _{конечный} — T _{начальный})

Решить для металла C :

Переставьте Q _металл = m _металл • C _металл • ΔT _металл, чтобы получить металл C = Q _металл / (m _металл • ΔT _металл)

C _металл = Q _металл / (м _металл • ΔT _металл) = (313.5 Дж) / [(12,9 г) • (60,6 ° C)]
C _металл = 0,40103 Дж / г / ° C
C _металл = 0,40 Дж / г / ° C (округлено до двух значащих цифр)

Тепло и изменения состояния

Приведенное выше обсуждение и соответствующее уравнение (Q = m • C • ∆T) связывает тепло, полученное или потерянное объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло накапливается или теряется, но температура не меняется.Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количества тепла.

Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца материи. В таблице ниже перечислены несколько изменений состояния и указаны имена, обычно связанные с каждым процессом.

Процесс	Изменение состояния
Плавка	От твердого до жидкого
Замораживание	От жидкости к твердому веществу
Испарение	От жидкости к газу
Конденсация	Газ — жидкость
Сублимация	Твердое тело в газ
Депонирование	Газ — твердое вещество

В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества должна быть добавлена энергия, чтобы вызвать изменение состояния.Такие изменения состояния называют эндотермическими. Замораживание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия высвобождается образцом материи, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; энергия приобретается льдом, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Есть ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Безусловно, есть.

Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех вещей. Это зависит от того, что такое субстанция, от того, сколько субстанции претерпевает изменение состояния, и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для плавления железа. И для таяния льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10 требуется другое количество энергии.0 граммов льда по сравнению с таянием 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества — это три переменные, которые влияют на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления — это изменение энергии, связанное с изменением состояния твердое-жидкое.)

Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты парообразования указаны из расчета на количество .Например, удельная теплота плавления воды составляет 333 Дж / грамм. Чтобы растопить 1,0 грамм льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10 граммов льда, требуется в 10 раз больше энергии — 3330 Дж. Такое рассуждение приводит к следующим формулам, связывающим количество тепла с массой вещества и теплотой плавления и испарения.

Для плавления и замораживания: Q = m • ΔH _{плавление}
Для испарения и конденсации: Q = m • ΔH _{испарение}

, где Q представляет количество энергии, полученной или высвобожденной во время процесса, m представляет собой массу образца, ΔH _{плавление} представляет собой удельную теплоту плавления (на грамм) и ΔH _{испарения} представляет собой удельную теплоемкость плавления испарение (из расчета на грамм).Подобно обсуждению Q = m • C • ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и испарения; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен набирать энергию, чтобы плавиться или испаряться. Значения Q отрицательны для процесса замораживания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или конденсироваться.

В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

Пример задачи 3
Элиза кладет в свой напиток 48,2 грамма льда. Какое количество энергии будет поглощено льдом (и высвобождено напитком) в процессе таяния? Теплота плавления воды 333 Дж / г.

Уравнение, связывающее массу (48,2 грамма), теплоту плавления (333 Дж / г) и количество энергии (Q): Q = m • ΔH _fusion.Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

Q = м • ΔH _{плавление} = (48,2 г) • (333 Дж / г)
Q = 16050,6 Дж
Q = 1,61 x 10 ⁴ Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

Пример Задачи 3 включает в себя довольно простой расчет типа plug-and-chug. Теперь мы попробуем пример задачи 4, который потребует более глубокого анализа.

Пример задачи 4
Какое минимальное количество жидкой воды на 26.5 градусов, которые потребуются, чтобы полностью растопить 50,0 граммов льда? Удельная теплоемкость жидкой воды составляет 4,18 Дж / г / ° C, а удельная теплота плавления льда — 333 Дж / г.

В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, на каждый грамм льда необходимо передать 333 Дж энергии. Эта передача энергии от жидкой воды ко льду охлаждает жидкость.Но жидкость может охладиться только до 0 ° C — точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет затвердевать (замерзнуть), а лед полностью не растает.

Мы знаем следующее о льду и жидкой воде:

Информация о льду:

м = 50,0 г
ΔH _{плавление} = 333 Дж / г

Информация о жидкой воде:

С = 4.18 Дж / г / ° C
T _{начальная} = 26,5 ° C
T _{окончательная} = 0,0 ° C
ΔT = -26,5 ° C (T _{окончательный} — T _{начальный})

Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной из воды.

Q _лед = -Q _{жидкая вода}

Знак — указывает, что один объект получает энергию, а другой объект теряет энергию. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

Q _лед = m • ΔH _{плавление} = (50.0 г) • (333 Дж / г)
Q _лед = 16650 Дж

Теперь мы можем установить правую часть уравнения равной m • C • ΔT и начать подставлять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

16650 Дж = -Q _{жидкая вода}
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • C _{жидкая вода} • ΔT _{жидкая вода}
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • (4.18 Дж / г / ° C) • (-26,5 ° C)
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • (-110,77 Дж / ° C)
м _{жидкая вода} = — (16650 Дж) / (- 110,77 Дж / ° C)
м _{жидкая вода} = 150,311 г
м _{жидкая вода} = 1,50×10 ² г (округлено до трех значащих цифр)

Еще раз о кривых нагрева и охлаждения

На предыдущей странице Урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды.Кривая нагрева показывала, как температура воды увеличивалась с течением времени по мере нагрева образца воды в твердом состоянии (т. Е. Льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает преобразование воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает преобразование воды из жидкого состояния в газообразное.Эти изменения состояния произошли без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, не имеющей температуры фазового перехода, приведет к изменению температуры.

Теперь мы можем подойти к теме кривых нагрева на более количественной основе. На диаграмме ниже представлена кривая нагрева воды. На нанесенных линиях есть пять помеченных участков.

Три диагональных участка представляют собой изменения температуры пробы воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5).Две горизонтальные секции представляют изменения в состоянии воды. На участке 2 проба воды тает; твердое вещество превращается в жидкость. В секции 4 образец воды подвергается кипению; жидкость превращается в газ. Количество тепла, передаваемого воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m • C • ΔT. А количество тепла, передаваемого воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и испарения формулами Q = m • ΔH _fusion (секция 2) и Q = m • ΔH _{испарение} (раздел 4).Итак, теперь мы попытаемся вычислить количество тепла, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0 ° C в газообразное состояние при 120,0 ° C. Для расчета потребуется пять шагов — по одному шагу для каждого раздела приведенного выше графика. Хотя удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения удельной теплоемкости:

Твердая вода: C = 2,00 Дж / г / ° C
Жидкая вода: C = 4,18 Дж / г / ° C
Газообразная вода: C = 2.01 Дж / г / ° C

Наконец, мы будем использовать ранее сообщенные значения ΔH _{плавления} (333 Дж / г) и ΔH _{испарения} (2,23 кДж / г).

Раздел 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0 ° C до 0,0 ° C.

Используйте Q ₁ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж / г / ° C, T _{начальная} = -200 ° C и T _{конечная} = 0,0 ° C
Q ₁ = m • C • ΔT = (50.0 г) • (2,00 Дж / г / ° C) • (0,0 ° C — -20,0 ° C)
Q ₁ = 2,00 x10 ³ Дж = 2,00 кДж

Раздел 2 : Таяние льда при 0,0 ° C.

Используйте Q ₂ = m • ΔH _сварка

, где m = 50,0 г и ΔH _{плавления} = 333 Дж / г
Q ₂ = m • ΔH _{плавление} = (50,0 г) • (333 Дж / г)
Q ₂ = 1,665 x10 ⁴ Дж = 16.65 кДж
Q ₂ = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0 ° C на 100,0 ° C.

Используйте Q ₃ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж / г / ° C, T _{начальная} = 0,0 ° C и T _{конечная} = 100,0 ° C
Q ₃ = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (100,0 ° C — 0,0 ° C)
Q ₃ = 2.09 x10 ⁴ Дж = 20,9 кДж

Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0 ° C.

Использовать Q ₄ = m • ΔH _{испарение}

, где m = 50,0 г и ΔH _{испарение} = 2,23 кДж / г
Q ₄ = m • ΔH _{испарение} = (50,0 г) • (2,23 кДж / г)
Q ₄ = 111,5 кДж
Q ₄ = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100.От 0 ° C до 120,0 ° C.

Используйте Q ₅ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж / г / ° C, T _{начальная} = 100,0 ° C и T _{конечная} = 120,0 ° C
Q ₅ = m • C • ΔT = (50,0 г) • (2,01 Дж / г / ° C) • (120,0 ° C — 100,0 ° C)
Q ₅ = 2,01 x10 ³ J = 2,01 кДж

Общее количество тепла, необходимое для превращения твердой воды (льда) при -20 ° C в газообразную воду при 120 ° C, является суммой значений Q для каждого участка графика.То есть

Q _итого = Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ + Q ₄ + Q ₅

Суммирование этих пяти значений Q и округление до нужного количества значащих цифр приводит к значению 154 кДж в качестве ответа на исходный вопрос.

В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

Первое: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет собой одну из пяти частей графика.Поскольку было вычислено пять значений Q, они были обозначены как Q ₁, Q ₂ и т. Д. Этот уровень организации требуется в многоступенчатой задаче, такой как эта.
Секунда: внимание было уделено знаку +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как конечное значение величины за вычетом начального значения этой величины.
Третий: На протяжении всей задачи внимание уделялось подразделениям.Единицы Q будут либо в Джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие количества умножаются. Отсутствие внимания к устройствам — частая причина сбоев в подобных проблемах.
Четвертый: На протяжении всей задачи внимание уделялось значащим цифрам. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом какой-либо проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

Мы узнали здесь, на этой странице, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева / охлаждения и в любом процессе изменения состояния.Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице Урока 2, посвященной калориметрии. Калориметрия — это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

Проверьте свое понимание

1. Вода имеет необычно высокую удельную теплоемкость. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

а.По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что она хорошо проводит тепло.
б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
c. По сравнению с другими веществами, образец воды требует значительного количества тепла, чтобы изменить ее температуру на небольшое количество.

2. Объясните, почему в больших водоемах, таких как озеро Мичиган, в начале июля может быть довольно прохладно, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90 ° F (32 ° C).

3. В таблице ниже описан термический процесс для различных объектов (выделен красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, набирается или теряется тепло объектом, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

	Процесс	Получено или потеряно тепло?	Эндо- или экзотермический?	Вопрос: + или -?
а.	Кубик льда помещают в стакан с лимонадом комнатной температуры, чтобы охладить напиток.
г.	Холодный стакан лимонада стоит на столе для пикника под жарким полуденным солнцем и нагревается до 32 ° F.
г.	Конфорки на электроплите выключаются и постепенно остывают до комнатной температуры.
г.	Учитель вынимает из термоса большой кусок сухого льда и опускает его в воду. Сухой лед возгоняется, образуя газообразный диоксид углерода.
e.	Водяной пар в увлажненном воздухе ударяется о окно и превращается в каплю росы (каплю жидкой воды).

4. Образец металлического цинка массой 11,98 грамма помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4 ° C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T = 27,0 ° C; плотность = 1,00 г / мл). Вода прогревается до температуры 28.1 ° С. Определите удельную теплоемкость цинка.

5. Джейк берет из туалета банку с газировкой и выливает ее в чашку со льдом. Определите количество тепла, теряемого содой комнатной температуры при плавлении 61,9 г льда (ΔH _fusion = 333 Дж / г).

6. Теплота сублимации (ΔH _{сублимация}) сухого льда (твердый диоксид углерода) составляет 570 Дж / г. Определите количество тепла, необходимое для превращения 5,0-фунтового мешка сухого льда в газообразный диоксид углерода.(Дано: 1,00 кг = 2,20 фунта)

7. Определите количество тепла, необходимое для повышения температуры 3,82-граммового образца твердого пара-дихлорбензола с 24 ° C до его жидкого состояния при 75 ° C. Пара-дихлорбензол имеет температуру плавления 54 ° C, теплоту плавления 124 Дж / г и удельную теплоемкость 1,01 Дж / г / ° C (твердое состояние) и 1,19 Дж / г / ° C (жидкое состояние).

Q Factor — обзор

12.6 Частотная характеристика системы второго порядка

Теперь рассмотрим пример системы второго порядка, чтобы проиллюстрировать эффекты резонанса. На рис. 12.10 показан широко используемый активный фильтр нижних частот второго порядка. Особое расположение пассивных компонентов вокруг операционного усилителя известно как топология Саллена – Ки . Операционный усилитель сконфигурирован как повторитель напряжения, то есть выходное напряжение Vout идентично положительному входному напряжению операционного усилителя.

Рисунок 12.10. Фильтр нижних частот второго порядка в топологии Саллена – Ки. Если мы используем Z ₁ и Z ₂ для комплексных импедансов C ₁ и C ₂, соответственно, то мы увидим, что комплексный делитель напряжения R ₂ — Z ₂ развязан операционным усилителем, который сконфигурирован как повторитель напряжения. Обратная связь выходного напряжения в сеть фильтра дает систему второго порядка.Для определения передаточной функции напряжение В _x определяется в узле R ₁, R ₂ и C ₁ по направлению к земле.

Делитель напряжения с R2 и C2 обеспечивает соотношение между Vx и Vout:

(12,9) Vout (s) Vx (s) = 11 + sR2C2.

Правило узла обеспечивает связь между Vx, Vin и Vout:

(12.10) Vin (s) −Vx (s) R1 = Vx (s) −Vout (s) 1 / (sC1) + Vx (s) ) −Vout (s) R2.

Исключение Vx (s) в уравнении. (12.10) с формулой. (12.9) дает после некоторых арифметических манипуляций передаточную функцию схемы:

(12.11) Vout (s) Vin (s) = 1s2C1C2R1R2 + sC2 (R1 + R2) +1.

Теперь удобно идентифицировать частоту отсечки второго порядка ωc и коэффициент демпфирования ζ как

(12.12) ωc = 1R1C1R2C2, ζ = 12ωcC1 (1R1 + 1R2),

, что приводит к упрощенной передаточной функции

(12,13) Vout (s) Vin (s) = ωc2s2 + 2ζωcs + ωc2.

Передаточная функция фильтра на рис. 12.10 эквивалентна системной функции системы пружина-масса-демпфер. Фактически, при подходящем выборе C1 и C2 коэффициент демпфирования и центральная частота могут регулироваться независимо. Корни передаточной функции (12.13) равны

(12.14) p1,2 = −ωc (ζ ± ζ2−1).

Очень похоже на систему пружина-масса-демпфер, система с сильным избыточным демпфированием (ζ≫1) имеет один полюс очень близко к началу координат и один полюс около −2ζωc. По мере уменьшения ζ два полюса перемещаются к одному месту, и критическое затухание достигается, когда ζ = 1 (полюс с двойным действительным знаком при −ζωc; это происходит, когда C1 = C2 и R1 = R2).

Часто вместо коэффициента демпфирования используется коэффициент Q («коэффициент качества»),

(12,15) Q = | H (s = jωc) | = 12ζ

, который лучше описывает резонансный пик. в частотной характеристике. Точнее, Q — это величина частотной характеристики на частоте среза. Для случая критического затухания получаем Q = 0,5. Дальнейшее ослабление (т.е. уменьшение ζ и соответствующее увеличение Q ) приводит к еще двум интересным случаям:

1.: Когда ζ≈0,86 или Q≈0,58, групповая задержка приблизительно постоянна (другими словами, фазовый сдвиг пропорционален частоте в полосе пропускания фильтра). Этот случай особенно интересен в аудиоприложениях, потому что это НЧ с оптимальной переходной характеристикой. Фильтры с постоянной групповой задержкой называются фильтрами Бесселя .
2.: Когда ζ = 1/2 или Q = 1/2, переходная характеристика перескакивает, но не перескакивает снова и, таким образом, достигает конечного значения сверху.Этот фильтр имеет самый крутой переход от полосы пропускания к полосе задерживания без пульсаций в полосе пропускания. Фильтр с коэффициентом затухания ζ = 1/2 называется фильтром Баттерворта . ¹

Дальнейшее уменьшение ζ вызывает более длительные колебания в переходной характеристике, и полоса пропускания показывает рябь. В этом диапазоне мы находим семейство фильтров Чебышева , которые определяются величиной пульсации полосы пропускания. Например, фильтр Чебышева с пульсацией полосы пропускания 3 дБ использует ζ = 0.385 (Q = 1,3). Наконец, при ζ = 0 возникают незатухающие колебания, а корни лежат на мнимой оси. График полюсов в комплексной плоскости s для нормированной частоты ωc = 1 показан на рис. 12.11.

Рисунок 12.11. Расположение комплексно сопряженных полюсов специальных типов фильтров вдоль корневого годографа слабозатухающей системы второго порядка. Критическое затухание приводит к двойному полюсу с действительным знаком. Это наименьшее демпфирование, которое не приводит к перерегулированию переходной характеристики. Фильтр Бесселя характеризуется постоянной групповой задержкой.Фильтр Баттерворта демонстрирует перерегулирование как переходную характеристику, но ступенчатая характеристика приближается к окончательному значению сверху, то есть без последующего занижения. В фильтрах Чебышева наблюдается резонансный пик; фильтры Чебышева более высокого порядка показывают отчетливую пульсацию полосы пропускания (в этом примере 3 дБ). Эти фильтры реагируют на ступенчатый вход многократным выбросом колебаний.

Частотные характеристики четырех фильтров (критически демпфированные, Бесселя, Баттерворта, Чебышева) показаны на рис. 12.12.На резонансной частоте ωc критически затухающий фильтр ослабляет сигнал на 3 дБ, а для фильтров Бесселя и Баттерворта затухание меньше. Фильтр Чебышева показывает небольшой пик резонанса +3 дБ. Дальнейшее ослабление (т. Е. Ζ <0,385) еще больше увеличивает резонансный пик, который фактически достигает бесконечности при ζ = 0. Для полноты характеристики ступенчатые характеристики этих фильтров показаны на рис. 12.13.

Рисунок 12.12. Диаграммы Боде, соответствующие полюсам систем второго порядка, показанных на рис.12.11. Асимптотически все фильтры ведут себя одинаково, но существуют различия вблизи резонансной частоты ω _c = 1 с ^-1. 1: Критически затухающий фильтр, 2: фильтр Бесселя, 3: фильтр Баттерворта, 4: фильтр Чебышева с пиком резонанса 3 дБ. Умеренное превышение переходной характеристики обеспечивает более крутой переход от полосы пропускания к полосе задерживания.

Рисунок 12.13. Обсуждаемые ступенчатые характеристики четырех фильтров.Критически демпфированный фильтр ( 1 ) не имеет выбросов. Фильтры Бесселя ( 2 ) и Баттерворта ( 3 ) имеют перерегулирование и приближаются к окончательному значению сверху. Фильтр Чебышева 3 дБ ( 4 ) показывает множественные колебания в своей переходной характеристике.

Резонансный пик сильно влияет на конструкцию фильтра и конструкцию систем управления с обратной связью. Когда динамический отклик имеет решающее значение, часто рекомендуется разработать контроллер, который сделает замкнутую систему второго или более высокого порядка.Например, система первого порядка с G (s) = b / (s + a) (см. Рис. 12.6) может быть преобразована в систему второго порядка, когда контроллером является ПИД-регулятор, то есть контроллер. с передаточной функцией

(12.16) HFB (s) = k (1 + kDs + kIs).

Теперь передаточная функция замкнутого контура:

(12,17) Y (s) X (s) = kbs (1 + kbkD) s2 + (a + kb) s + kbkI,

и соответствующим образом выбранный k , kI , и kD определяют динамический отклик. Такой контроллер позволяет настраивать время нарастания и установления, в частности, потому что усиление по постоянному току и все три коэффициента в знаменателе можно влиять независимо.

Чтобы обеспечить некоторые практические правила для систем второго порядка, максимальная величина mpeak на диаграмме Боде может быть вычислена для ζ <1/2:

(12,18) mpeak = 12ζ1 − ζ2.

Обратите внимание, что резонансная частота сдвигается, когда ζ <1/2. Здесь резонансная частота ω0 может быть вычислена из естественного незатухающего резонанса ωn через

(12,19) ω0 = ωn1 − ζ2.

Измерение добротности резонатора методом Ring-Down

Введение

Резонанс — очень распространенное явление, особенно в электронике, акустике, механика и оптика.Когда требуется резонанс, строятся специальные устройства, называемые резонаторами. которые имеют свойство естественным образом колебаться на некоторой частоте, называемой резонансная частота с (намного) большей амплитудой, чем у других.

Все резонаторы характеризуются своей резонансной частотой. f ₀ и их коэффициент качества Q : эта страница посвящена Простой метод измерения Q , называемый методом звонка вниз.

В электронике LC-цепи представляют собой распространенный вид резонаторов, часто называемый резонансный контур, настроенный контур или резервуарный контур.Все они состоят из катушки индуктивности (с маркировкой L) и конденсатора (с маркировкой В) соединены вместе. Резистор (обозначенный R) отвечает за потери и окончательный Q-фактор: его часто игнорируют или опускают и редко добавляют в качестве физического компонент, но всегда присутствует, поскольку любые потери в резонаторе будут отображаться как резистор. Итак, каждая практическая LC-цепь на самом деле является RLC-схемой, даже если называется LC, как и на этой странице. Обычно индуктор является причиной большинства потерь.

Эта страница в основном ориентирована на электрические цепи LC, но метод применим ко всем видам резонаторов, потому что уравнения, описывающие их поведение имеют ту же форму.

Некоторые резонаторы, такие как полости или колебания в металлической пластине, обычно имеют более одного резонанса: в этом случае метод звонка вниз работает, только если один резонанс намного сильнее, чем у других, или, другими словами, если другой резонансами можно пренебречь. Это верно, например, для камертонов, но не столько для полостей или линии задержки.

Коэффициент качества Q можно определить по-разному, но здесь хорошо думать об этом как о соотношении между полной энергией в резонатора и энергии, потерянной в каждом цикле, умноженной на 2π. Таким образом, при каждом колебании теряется некоторая энергия, и Q описывает «малость» этих потерь. Резонатор, который теряет очень мало энергии в каждом цикле, имеет высокий Q и будет колебаться долгое время. Другой резонатор с более высокими потерями будет иметь более низкий Q и его колебание затухнет быстрее.Метод опускания — это способ измерения Q путем измерения времени, которое он принимает к амплитуде уменьшается вдвое. Кстати, процент потери амплитуды в каждом цикле всегда равен то же самое, независимо от абсолютной амплитуды.

Метод звонка вниз

Метод звонка вниз предельно прост: сначала нужно «встряхнуть» резонатор каким-то образом заставить его колебаться на своей собственной частоте. Затем, наблюдая за уменьшением амплитуды колебаний, отсчет сколько циклов нужно, чтобы вдвое уменьшить амплитуду и умножить это число на 4.53, чтобы найти Q .

На следующем графике показан пример: красная линия — это сигнал резонатора, синяя линия — его огибающая. Конечно, на осциллографе вы не увидите линии огибающей, но она вполне легко вообразить это, глядя на сигнал, поскольку огибающая представляет амплитуда колебаний.

Отсчет периодов до уменьшения амплитуды наполовину на Q = 30 контур резервуара.

Здесь мы берем нашу 100% ссылку на t = 0 и видим, что это занимает около 6.5 циклов для уменьшения амплитуды на 50%. Просто выполнив 6.5 · 4.53, мы находим Q 30 .

Не нужно начинать отсчет с самого первого колебания: выбирайте любое цикл, который вы хотите, так как он всегда будет занимать одинаковое количество циклов для амплитуда уменьшится во столько же раз.

Этот метод выглядит очень простым, и это действительно так, но вам нужно осторожно: вы измеряете общую добротность резонатора. ухудшается из-за дополнительных потерь, вносимых методом, который вы используете для измерения амплитуда колебаний (например, осциллографа) и вызванные как вы «качаете» резонатор.Только добротность резонатора всегда будет выше. Важно правильно выбрать настройку, чтобы свести к минимуму эти дополнительные убытки. Обычно это приводит к тому, что испытательные инструменты соединяются настолько неплотно, как возможно к резонатору, но при этом достаточно сигнала для надежного измерение. Подробнее об этом ниже.

Теперь, если вам не нужна высокая точность, Q редко бывает очень с точностью до 4,53 можно округлить до 5. Подсчитать некоторые колебания на экране и умножить на 5 — это то, что вам нужно. можно быстро обойтись без калькулятора.На мой взгляд, в этом вся прелесть этого метода: можно просто посмотреть на осциллографа и непосредственно «увидеть» добротность.

Как это работает

Метод звонка вниз настолько прост, что я часто задавался вопросом, как он работает: итак, давайте вникнем в это. Начнем с предположения, что резонатор можно описать простой линейной однородное дифференциальное уравнение 2-го порядка, как это обычно бывает. Общее решение этого уравнения имеет вид:

Часто в этом уравнении квадратный корень опускается, потому что для большого Q , этот квадратный корень почти равен единице; и резонаторы имеют большой К .Без квадратного корня член косинуса составляет всего cos (ωt + φ) это выглядит намного более знакомым. U ₀ и φ — постоянные.

Здесь я написал u (t) , потому что думал о напряжении, но это на самом деле не имеет значения: это может быть давление, смещение или что-то еще.

Вышеприведенное уравнение записано в терминах Q и ω , как они включают в себя все важные параметры резонатора.

Например, для электрических цепей LC Q выражается следующим образом (для параллельных и последовательных цепей соответственно):

;

Пульсация ω определяется как 2πf , где f — Частота. Для цепей LC (последовательных или параллельных) ω определяется следующим образом:

Опять же, это просто для того, чтобы поместить уравнение резонатора в контекст: любой резонатор с характеристиками, аналогичными u (t) , будет иметь свой Q и ω , но будут вести себя одинаково.

Если построить это уравнение, мы получим следующую кривую, на которой мы можем наблюдать затухающие колебания и экспоненциально убывающая огибающая:

Затухающие колебания и их уравнение.

Вы можете заметить, что это уравнение состоит из двух частей: экспоненты и косинус. Один только косинус имеет амплитуду, которая всегда находится в диапазоне от –1 до +1. Таким образом, общая амплитуда определяется экспоненциальным членом (включая константу U ₀ ), которая называется огибающей.Когда мы смотрим на амплитуду колебаний, нас действительно интересует в амплитуде огибающей амплитуда косинуса хорошо известна и не имеет отношения к нашей цели.

Мы хотим доказать «волшебный рецепт» метода «кольцо вниз», который просто:

Начнем с нахождения времени t , когда (конверт) u (t) это половина того, что было в начале, u (0) :

Заменяя u (t) огибающей частью нашего первого уравнения, мы имеют:

Как объяснялось ранее, нас не волнует член cos () для u (t) . амплитуда которого всегда находится в диапазоне от –1 до +1; мы заботимся только о часть конверта u (t) , что составляет U ₀ e ^{— (ωt / 2Q)} .

Теперь U ₀ отменяет:

Взяв натуральный логарифм, получим:

Теперь избавляемся от знака минус и находим:

В этом уравнении все еще есть время t , а мы хотим иметь дело с количество циклов N . Для этого считаем, что пульсация ω определяется как следует, где T — период колебания:

Считаем также, что количество циклов N периода T , что случиться за время т как раз:

Собирая все вместе, мы находим:

Теперь T отменяет уход:

Что мы можем решить для Q :

Это именно тот результат, который мы искали, и интересно отметить, что любая зависимость в ω , t , T , U ₀ и φ исчезли: Q зависит только от N .

Цепи измерительного резервуара LC

Даже если метод звонка вниз применим практически к любому резонатору, резервуар LC схемы очень распространены в ВЧ-технике: я думаю, что стоит потратить несколько слова о том, как их измерить. Необходимо подключить два внешних прибора: какой-то генератор сигналов. «встряхнуть» (может быть, «пощекотать» — это жидкое слово) резонатор и, скорее всего, осциллограф для измерения амплитуды сигнала. В обоих случаях важно использовать как можно меньше связи, потому что связь нагружает резонатор и снижает его добротность.

Возможное подключение тестируемого контура резервуара LC к квадрату генератор волн и к осциллографу.

Моя любимая тестовая установка показана на картинке выше. Генератор прямоугольных волн используется для встряхивания резервуара через неплотный индуктивный связь, в то время как осциллограф подключен к резонатору через 10: 1 зонд. Прицел синхронизируется с генератором с помощью специального кабеля: это не обязательно, но значительно упрощает операцию стабилизации изображение на экране.Если у вас есть цифровой осциллограф, вы можете получить данные с помощью одиночный импульс, но для аналоговых осциллографов прямоугольная волна дает хороший и устойчивое изображение.

Генератор прямоугольных импульсов работает на гораздо более низкой частоте, чем резонансная. танка. Например, для резонаторов в МГц достаточно нескольких кГц. много МГц диапазона. Его точное значение не имеет значения: оно должно быть намного ниже. Другими словами, индуцированные колебания должны успевать затухать. далеко (почти полностью) до того, как появится следующий край (это просто производит более качественные изображения легче измерить; метод работает независимо от амплитуды когда наступит следующий «пинок»).

Прямоугольная волна должна иметь очень быстрые фронты нарастания и спада: она должна меняться. состояние намного быстрее, чем период колебания танка. Каждый край волны даст танку приятный «пинок». Обычно подойдут лабораторные генераторы сигналов. Если у вас его нет, вы можете легко построить его с TTL (серия 7400) или HCTTL (серия 74HC00) IC, или с любой другой подходящей ИС с быстрой логикой. Для этого, к сожалению, старая добрая микросхема 555 слишком медленная и края недостаточно быстро.Убедитесь, что ваш генератор может справиться с коротким замыканием на выходе: если нет, подключите последовательный резистор (47 Ом или около того).

Различные способы подключения генератора прямоугольных импульсов к резервуару цепь: (а) слабая индуктивная связь, (б) автотрансформаторная связь и (в) слабая емкостная связь.

Генератор сигналов можно подключить несколькими способами. Я предпочитаю со слабой индуктивной связью, как показано в части (а) приведенная выше диаграмма.По сути, это проволочная петля, замыкающая выход, расположенный рядом с резонатором. Преимущество в том, что очень легко заменить муфту и найти лучший компромисс, просто перемещая петлю.

Альтернативный метод — использование индуктора резонатора в качестве повышающего. трансформатор, как показано в (b), но вам нужен доступ к катушке индуктивности намотка, которая в некоторых случаях может быть довольно сложной. Затем для замены муфты нужно постучать в другой точке катушка и может быть довольно сложной, особенно в небольших индукторах.

Емкостная связь, показанная на (c), также работает достаточно хорошо, но требует дополнительных конденсатор C _c . Чем меньше конденсатор, тем слабее связь. Для изменения связи необходимо заменить конденсатор (или использовать емкостный триммер). Для диапазона МГц используйте 1 пФ в качестве отправной точки. Требуемая емкость очень мала: для УКВ или более высоких частот достаточно размещение конца кабеля на расстоянии нескольких мм от резонатора может привести только к паразитной емкости достаточно, чтобы не потребовался настоящий конденсатор связи.

Чтобы заменить прямоугольную волну, я однажды попробовал искру, производимую пьезоэлектрическим преобразователем. зажигалка выстрелила поблизости, чтобы пнуть резонатор, но это была плохая идея: она каким-то образом работает в толчке колебаний, но это настолько шумно, что измерения практически бесполезны.

Различные способы подключения осциллографа к контуру резервуара: (а) прямое подключение зонда с высоким сопротивлением, (б) слабая индуктивная связь, (в) автотрансформаторная связь и (г) слабая емкостная связь.

Для подключения прибора для измерения амплитуды применяются те же методы. объяснил ранее, также работает нормально. Они показаны в пунктах (b), (c) и (d) приведенного выше рисунка. Но если вы хотите подключить осциллограф, я все же предпочитаю способ (а), где вы просто подключаете его параллельно резервуару. Это работает только с осциллографами из-за их высокого входного сопротивления. Если вы хотите подключить прибор с низким сопротивлением, ваттметр с Например, с импедансом 50 Ом, метод (а) работать не будет; но (б), (в) или (d) подойдет.

Обычный входной импеданс для осциллографа 1 МОм: высокий, но невысокий. очень высоко. Подключение напрямую к резервуару часто работает, но может быть проблемой для High-Q резонаторы, у которых этот дополнительный МОм будет существенно влиять на добротность. Я предпочитаю использовать пробник 10: 1: он имеет входное сопротивление 10 МОм. и загружает резервуар в 10 раз меньше за счет уменьшения сигнала на 10 раз. экран. Пробники 10: 1 также имеют гораздо меньшую паразитную емкость, но это только важно, если вы также хотите рассчитать L или C , соблюдая период колебаний.

Если вы сомневаетесь в чрезмерной нагрузке на резонатор, просто подключите дополнительный параллельный ему резистор примерно того же значения входного сопротивления ваш зонд: если вы видите, что затухание увеличивается (колебания затухают быстрее), чем вы загружаете слишком много, и вам следует уменьшить сцепление. Для этого вы можете использовать другой метод связывания, такой как (b), (c) или (d). которые вы также можете использовать с датчиком 10: 1 для еще большего уменьшения сцепления.

Если исследуемый резонатор уже установлен в цепи, с входом и выходные соединения уже установлены, стоит подумать о повторном использовании этих соединения для измерения (и соответствующие усилители, если они есть), чтобы никакой дополнительной нагрузки не добавляется.В этом случае может возникнуть проблема с согласованием импеданса.

Несколько примеров

Давайте посмотрим на несколько примеров, чтобы увидеть, как работает этот метод. Сначала возьмем небольшую ферритовую катушку индуктивности и подключим ее параллельно к керамический конденсатор. Катушка индуктивности имеет размер 2,56 мкГн, а емкость конденсатора — 448 пФ. резонансная частота, следовательно, 4,700 МГц, что соответствует периоду 213 нс). Схема тестирования показана на рисунке ниже, где петля подключается к генератор прямоугольных импульсов и осциллограф подключены параллельно к LC-цепь с датчиком напряжения 10: 1.Поскольку индуктор экранирован, контур связи должен быть достаточно близким. к контуру бака, чтобы иметь некоторую связь.

Небольшой ферритовый индуктор 2,56 мкГн и керамический 448 пФ конденсатор тестируется методом кольцевого опускания. Генератор прямоугольных импульсов подключен к контуру, а осциллограф находится в параллельно через зонд 10: 1 (щелкните, чтобы увеличить).

Генератор прямоугольных сигналов установлен на частоте около 2 кГц, а осциллограф — синхронизирован с ним.Форма волны видна на картинке ниже:

Сигнал вызова контура. 10 мВ / дел, 0,5 мкс / дел. Амплитуда сигналов уменьшается вдвое примерно за 2,5 цикла, добротность составляет поэтому 11.3 (нажмите, чтобы увеличить).

Как видите, амплитуда сигналов уменьшается вдвое примерно за 2,5 цикла и мы можем легко вычислить добротность, умножив на 4,53, и находим Q = 11,3 .

Добротность этого танка не очень хорошая: 11.4 довольно низкий, но это не так удивительно. Небольшие катушки индуктивности, подобные этой, в основном предназначены для переключения мощности. расходные материалы и обычно имеют добротность от 10 до 20, только некоторые дорогие а редкие модели могут достигать 40. Используемый здесь керамический конденсатор хорош для высокочастотных приложений и не влияет (отрицательно) на добротность.

Давайте проделаем тот же тест с более совершенным индуктором. Здесь я взял индуктор с воздушным сердечником, сделанный из толстой медной проволоки (трубы), которая измеряет 2,05 мкГн (не такая же индуктивность, как раньше, но близко достаточно) и высоковольтный керамический конденсатор емкостью 490 пФ ( поэтому резонансная частота равна 5.022 МГц, что соответствует периоду 199 нс). Эти компоненты предназначены для создания передатчиков большой мощности: они обрабатывать большую мощность с очень небольшими потерями. Индуктор состоит из 8 витков медной трубки Ø8 мм. намотан на воздушный сердечник с внутренним диаметром Ø62 мм. Шаг катушки 14 мм.

Схема тестирования показана на рисунке ниже, где петля подключается к генератор прямоугольных импульсов и осциллограф подключены параллельно к LC-цепь с датчиком напряжения 10: 1.Положение петли было отрегулировано до тех пор, пока не будет достигнута желаемая муфта. Достигнуто: в данном случае довольно далеко от индуктора, потому что воздушный сердечник конфигурация обеспечивает гораздо лучшее сцепление, чем раньше.

Большой индуктор с воздушным сердечником 2,05 мкГн и высоковольтная керамика Конденсатор емкостью 490 пФ испытывается методом обрыва сигнала. Генератор прямоугольных импульсов подключен к контуру, а осциллограф находится в параллельно через зонд 10: 1 (щелкните, чтобы увеличить).

Как и раньше, генератор прямоугольных импульсов установлен на частоте около 2 кГц, а частота осциллограф синхронизируется с ним.Результирующая форма волны видна на картинке ниже:

Сигнал вызова контура. 10 мВ / дел, 2 мкс / дел. Амплитуда сигналов уменьшается вдвое примерно за 63 периода, добротность составляет поэтому 285 (нажмите, чтобы увеличить).

Как видите, амплитуда сигнала уменьшается гораздо медленнее и половинки примерно за 63 цикла. Мы можем легко вычислить добротность, умножив на 4,53, и находим Q = 285 . Это очень хороший показатель качества: хороших индукторов обычно около 250, но цена, которую нужно заплатить, — это больший размер и большое количество драгоценных медь (а иногда и серебро) требовалось для их постройки.

Ради интереса давайте взглянем на еще более совершенный резонансный контур LC: магнитная рамочная антенна. Тот, что представлен на картинке ниже, состоит из 2-х витков Медная трубка Ø18 мм на воздушном сердечнике Ø95 см. Шаг катушки составляет 40 мм и составляет 7,4 мкГн. Он настроен на 1,850 МГц с помощью вакуумного конденсатора 1,0 нФ.

Магнитная рамочная антенна, настроенная на 1,850 МГц, испытывается с метод звонка вниз. Генератор прямоугольных сигналов подключен к небольшому контуру посередине и осциллограф подключается напрямую через два зажима (щелкните, чтобы увеличить).

Генератор прямоугольных импульсов здесь установлен на частоте около 1 кГц, а осциллограф синхронизируется с ним. Чтобы избежать демпфирования этого резонатора с очень высокой добротностью, осциллограф напрямую подключается через два зажима (метод (c), описанный ранее), так как прямое подключение датчика 10: 1 привело бы к небольшой нагрузке в резервуар. Генератор прямоугольных сигналов подключен к небольшому контуру посередине. Результирующая форма волны видна на графике ниже:

Сигнал вызова антенны.Амплитуда сигналов уменьшается вдвое примерно за 116 мкс, что соответствует 215 циклов на частоте 1,850 МГц: поэтому добротность составляет 970 (щелкните, чтобы увеличить).

Здесь добротность настолько высока, что невозможно непосредственно наблюдать и считать циклы больше. Но мы видим, что для уменьшения амплитуды до значения требуется 116 мкс. половина. На частоте 1,850 МГц имеется 215 циклов за 116 мкс (напомним, что 116 мкс · 1,850 МГц = 215 циклов). Следовательно, коэффициент качества можно получить, как обычно, умножив 215 на 4.53 и находим Q = 972. Это очень хорошая добротность для резонансного индуктора. цепи, в основном из-за большого количества меди, используемой в катушке.

Все предыдущие примеры были электрическими схемами. Давайте теперь посмотрим на механический резонатор, так как метод кольца вниз относится практически к любому резонатору. Я выбираю камертон 440 Гц, используемый гитаристами для настройки своих инструмент. Для измерения амплитуды колебаний он был подключен к пьезоэлектрический преобразователь и подключенный к осциллографу, как показано на рисунок ниже.Пьезоэлектрический преобразователь здесь работает как микрофон. Здесь важен не выбор щупа, а способ удержания вилки. на месте критично: в итоге я привязал его к длинной деревянной палке тонкой медный провод, стараясь не затягивать его слишком сильно.

Камертон 440 Гц, установленный на пьезоэлектрическом преобразователе и проходит тестирование методом «кольцо вниз» (щелкните, чтобы увеличить).

Здесь не используется генератор прямоугольных сигналов; Я просто осторожно ударяю по вилке ручкой отвертки.Поскольку это «одноразовая» операция, ее гораздо проще выполнить с помощью цифровой осциллограф, который может записывать одиночное событие. Результат показан на следующем графике:

Звонок вниз камертона. Амплитуда сигналов уменьшается вдвое примерно за 2,4 с, что соответствует около 1060 циклов при 440 Гц: поэтому добротность составляет 4800 (щелкните, чтобы увеличить).

Опять же, добротность настолько высока, что невозможно напрямую наблюдать и подсчитайте циклы.В сигнале присутствует некоторый шум, улавливаемый микрофоном, когда измерения, но мы видим, что для уменьшения амплитуды требуется 2,4 с. до половины. При 440 Гц происходит около 1060 циклов за 2,4 с и качество коэффициент Q = 4800. В этом нет ничего удивительного: ударяя по камертону, мы слышим его тон. достаточно долго (много секунд): он должен быть очень качественным фактор. Обратите внимание, что из-за шума рассчитывать Q не стоит. со слишком большим количеством значащих цифр.

Заключение

Метод определения добротности резонатора методом кольцевого опускания был применен. описаны, проиллюстрированы и прокомментированы. Его можно просто возобновить, подсчитав, сколько циклов потребуется, чтобы сократить вдвое амплитуды колебаний и умножив это число на 4,53. Это очень удобный метод, для которого в основном требуется только осциллограф и небольшое дополнительное оборудование. Лично я предпочитаю этот метод, и я считаю его простым и практичным в много ситуаций.

Если вы не одержимы точностью, вы можете просто умножить на 5 вместо 4.53, и вам даже не понадобится калькулятор: вы можете вывести Q просто по глядя на экран своего старого аналогового осциллографа.

Библиография и дополнительная литература

[1]	Ханс Нуссбаум, DJ1UGA. HF-Messungen für den Funkamateur, Teil 1. Verlag für Technik und Handwerk Funk-Fachbuch, 2. Auflage, 2006, Seiten 58-61.
[2]	Х. Матцингер. Анализ II: Кур дю профессора Х. Матцингера. Федеральная политехническая школа Лозанны, 1994/95, Глава XI.2.
[3]	А. Жермон. Электротехника, Поддержка профессора А. Жермона. Глава 2, Enclenchements et déclenchements Sur sources de напряженность ou de courants continus. Федеральная политехническая школа Лозанны, 1995.

Электрический заряд (Q)

Что такое электрический заряд?

Электрический заряд генерирует электрическое поле. Электрический заряд влияет на другие электрические заряды с электрической силой и под влиянием другого заряжается с той же силой в противоположном направлении.

Есть 2 вида электрического заряда:

Положительный заряд (+)

Положительный заряд имеет больше протонов, чем электронов (Np> Ne).

Положительный заряд обозначается знаком плюс (+).

Положительный заряд притягивает другие отрицательные заряды и отталкивает другие положительные заряды.

Положительный заряд притягивается другим отрицательным заряды и отражаются другими положительными зарядами.

Отрицательный заряд (-)

Отрицательный заряд содержит больше электронов, чем протонов (Ne> Np).

Отрицательный заряд обозначается знаком минус (-).

Отрицательный заряд притягивает другие положительные заряды и отталкивает другие отрицательные заряды.

Отрицательный заряд притягивается другим положительным заряды и отталкиваются другими отрицательными зарядами.

Направление электрической силы (F) в зависимости от типа заряда

заряды 1/2 квартал	Сила на q ₁ заряд	Сила на q ₂ заряд
— / —	← ⊝	⊝ →	пополнение
+ / +	← ⊕	⊕ →	пополнение
— / +	⊝ →	← ⊕	аттракцион
+ / —	⊕ →	← ⊝	аттракцион

Заряд элементарных частиц

Частица	Заряд (К)	Заряд (е)
Электрон	1.602 × 10 ^-19 С	— e
Протон	1,602 × 10 ^-19 С	+ e
Нейтрон	0 С	0

Кулон

Электрический заряд измеряется в кулонах [Кл].

Один кулон имеет заряд 6,242 × 10 ¹⁸ электроны:

1C = 6,242 × 10 ¹⁸ e

Электрический заряд расчет

Когда электрический ток течет в течение определенного времени, мы можем рассчитать сбор:

Постоянный ток

Q = I ⋅ т

Q — электрический заряд, измеренный в кулоны [C].

I — ток, измеренный в амперах. [А].

т — период времени, измеряемый в секунды [с].

Кратковременный ток

Q — электрический заряд, измеренный в кулоны [C].

Измерение единицы работы силы в физике

Физические термины и терминология

Видео

Закон Ома простыми словами | boeffblog.ru

Серия ADLR · ADLR-Q | ООО ТРОКС РУС

NANOTRAC WAVE II — Динамическое светорассеяние

В чем измеряется работа тока

Что называют работой тока

В каких единицах измеряется работа электрического тока

активную, реактивную, полную[br] (P, Q, S), а также коэффициент мощности (PF)

Пример 1: мощность трансформаторов и автотрансформаторов указывается в ВА (Вольт·Амперах)

Пример 2: мощность конденсаторов указывается в Варах (Вольт·Амперах реактивных)

Пример 3: технические данные электромоторов содержат активную мощность (кВт) и cosФ

Дополнение 1

Дополнение 2

Дополнение 3. Важное замечание относительно коэффициента мощности ИБП и стабилизаторов напряжения

Дополнение 4

Дополнение 5

Дополнение 6

Дополнительные вопросы

нахождения величины заряда и количество заряда

Что такое электрический заряд q

Формула нахождения заряда

Как вычислять с помощью законов

Закон сохранения

Закон Кулона

Образец решения задач по теме «Электрический заряд»

— определение добротности Тобина

Что такое коэффициент добротности или добротность Тобина?

Ключевые выводы

Формула и расчет коэффициента добротности

О чем говорит коэффициент добротности

Стоимость замены и коэффициент добротности

Пример использования коэффициента добротности

Ограничения использования коэффициента добротности

Страница не найдена

Извините, страница, которую вы ищете, недоступна.Вы можете найти то, что ищете, используя наше меню или параметры поиска.

Страница не найдена

Извините, страница, которую вы ищете, недоступна.Вы можете найти то, что ищете, используя наше меню или параметры поиска.

Урок физики

Удельная теплоемкость

Еще раз о кривых нагрева и охлаждения

Проверьте свое понимание

Q Factor — обзор

12.6 Частотная характеристика системы второго порядка

Измерение добротности резонатора методом Ring-Down

Введение

Метод звонка вниз

Как это работает

Цепи измерительного резервуара LC

Несколько примеров

Заключение

Библиография и дополнительная литература

Электрический заряд (Q)

Что такое электрический заряд?

Положительный заряд (+)

Отрицательный заряд (-)

Направление электрической силы (F) в зависимости от типа заряда

Заряд элементарных частиц

Кулон

Электрический заряд расчет

Постоянный ток

Кратковременный ток

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики