Формулы мощности тока: Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

Мощность постоянного тока – кратко формула и работа в цепи

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 63.

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 63.

Работа электрического тока, как и любая работа, может совершаться с разной скоростью. Скорость совершения работы характеризуется такой величиной, как мощность. Кратко рассмотрим это понятие и порядок его определения.

Работа электрического тока

Электрический ток – это упорядоченное движение носителей заряда по проводнику. Такое движение возможно в результате совершения электрическим полем работы. Чему равна эта работа ?

Интуитивно понятно, что работа электрического поля тем больше, чем дольше и быстрее движутся носители заряда, и чем их больше. Действительно, носители движутся от точки с более высоким потенциалом $\varphi_1$ к точке с более низким потенциалом $\varphi_2$ (разность потенциалов в этом случае составляет $U=\varphi_1 – \varphi_2$).

Электрический потенциал точки равен работе поля по переносу единичного заряда из бесконечности в эту точку:

$$\varphi = {A \over q}$$

Электрическое поле потенциально. Следовательно, работа поля по переносу заряда из первой точки во вторую равна произведению разности потенциалов на величину перенесенного заряда:

$$A_{12} = (\varphi_1 – \varphi_2) q = Uq$$

Напомним, что при силе тока через проводник $I$ за время $Δt$ через поперечное сечение проводника проходит заряд $IΔt$.

Следовательно, работа электрического тока за время $Δt$ составит:

$$A_{12} = UIΔt$$

Вся эта работа совершается электрическим полем, переносящим заряды по проводнику. Согласно закону сохранения энергии, вся энергия поля при этом должна выделиться на рассматриваемом участке цепи. Выделение происходит в двух видах. Во-первых, носители заряда взаимодействуют с веществом проводника, и их энергия переходит во внутреннюю энергию проводника (в нагрев).

Так работают электронагревательные приборы. Во-вторых, движение зарядов по проводнику порождает вокруг проводника магнитное поле, которое может взаимодействовать с другими внешними магнитными полями, совершая при этом механическую работу. На этом принципе работают электродвигатели. Рис. 1. Примеры потребителей электрического тока.

Мощность электрического тока

Зная величину работы электрического тока, несложно получить значение мощности. Любая мощность равна отношению совершенной работы за время совершения:

$$P={A\over Δt}$$

Подставив в данную формулу выражение для работы, полученное выше, имеем:

$$P=IU$$

Полученное выражение – это универсальная формула мощности постоянного тока. Электрическая мощность равна произведению тока через электрическую цепь на напряжение на концах этой цепи. При этом предполагается, что внутри цепи нет дополнительных источников ЭДС, которые бы могли влиять на величину тока.

Рис. 2. Мощность электрического тока.

Часто в задачах вместо тока через нагрузку или напряжения на ней известно сопротивление нагрузки $R$. В этом случае неизвестная величина вычисляется из закона Ома. Например, если известен ток, то мощность постоянного тока равна:

$$P={I^2R}$$

На практике чаще бывает случай, когда неизвестен ток. 2\over R}$$

Из последней формулы следует важный вывод. При уменьшении сопротивления нагрузки – ее мощность возрастает. То есть, если часть нагревательной спирали сгорит, а оставшиеся части будут соединены и подключены к тому же источнику напряжения, мощность спирали увеличится. В пределе, когда сопротивление нагрузки очень мало (выводы источника напряжения соединяются коротким проводником), а источник напряжения способен дать большую мощность – на нагрузке выделяется вся возможная мощность источника, как правило, в виде сильного нагрева. Такая ситуация называется коротким замыканием. Чтобы короткое замыкание не привело к пожару, в источнике напряжения должна быть защита, отключающая источник в случае короткого замыкания.

Рис. 3. Автоматы-предохранители.

Что мы узнали?

Мощность электрического тока равна произведению тока через электрическую цепь на напряжение на концах этой цепи. При этом предполагается, что внутри цепи нет дополнительных источников ЭДС, которые бы могли влиять на величину тока.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 63.

---

А какая ваша оценка?

Мощность электрического тока | 8 класс

Содержание

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

Что называют мощностью? Как рассчитать мощность? 

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

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

Мощность тока и ее связь с напряжением и силой тока

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

Как рассчитать мощность электрического тока через напряжение и силу тока?

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

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

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

Единицы измерения мощности тока

Что принимают за единицу мощности?

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

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

Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока?

Из формулы $P = UI$ следует:

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

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

Кратные единицы мощности

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

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

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

Измерение мощности электрического тока

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

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

Рисунок 1. Лабораторный ваттметр

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

Мощность, потребляемая некоторыми приборами

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

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

Таблица 1. Значения мощности тока для некоторых приборов и устройств

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

Упражнения

Упражнение №1

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

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

$P — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

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

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

Ответ: $P = 76.2 \space Вт$.

Упражнение №2

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

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

$P — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

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

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

Ответ: $P = 660 \space Вт$.

Упражнение №3

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

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

СИ:
$t = 3600 \space с$

$A_1 — ?$
$A_2 — ?$
$A_3 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

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

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

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

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

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

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

Упражнение №4

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

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

Рисунок 2. Бытовые приборы с известной мощностью

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

СИ:
$t = 600 \space с$

$A_1 — ?$
$A_2 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

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

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

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

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

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

Что такое закон Уатта? — EngineeringClicks

При изучении электроники существует множество законов и теорий. Эти законы позволяют нам понять работу электрических цепей и компонентов. Одним из таких законов является закон Уатта. Закон Уатта назван в честь Джеймса Уатта, шотландского инженера и химика. Он определяет соотношение между мощностью, напряжением и током. Этот закон гласит, что мощность в цепи является произведением напряжения и силы тока. В этой статье мы обсудим закон Ватта, его формулу, приложения и другие связанные с ним понятия.

Важные исходные данные для определения закона Ватта

Чтобы полностью понять закон Ватта, нам необходимо сначала обсудить параметры, используемые при его определении, а именно:

Напряжение

Напряжение (В) ) — разность электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи. Любая разница в электрическом потенциале заставляет электроны течь из точки с более высоким потенциалом в точку с более низким потенциалом. Вольт – это единица измерения напряжения (В).

Ток

Ток (I) — это количество электрического заряда, протекающего через точку цепи в любой момент времени. Его единицей измерения является ампер или «амперы» (А). Ток может течь только при наличии разницы электрических потенциалов.

Сопротивление

Сопротивление (R) — это сопротивление протеканию тока. Это мера способности электрического компонента сопротивляться потоку электрического тока. Единицей измерения является ом (Ом).

Закон Ома определяет взаимосвязь между током, сопротивлением и напряжением. Этот закон гласит, что ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален его напряжению, т. е. I=V/R

Мощность

Мощность (P) является мерой количества работы, которую может выполнить цепь, или компонент может потреблять в единицу времени. Проще говоря, это количество электрической энергии, передаваемой в единицу времени. Единицей мощности является джоуль в секунду (Дж/сек), также известный как ватт (Вт).

Формула закона Ватта

Формула закона Ватта: P=IV

Где:

I = ток

P = мощность

В = напряжение

3

3

3 Часто спрашивают; чем закон ватта отличается от закона ома? В то время как закон Ома определяет взаимосвязь между сопротивлением, напряжением и током в цепи; Закон Ватта определяет соотношение между мощностью, напряжением и током.

Однако вы можете комбинировать эти законы, чтобы получить полезные формулы. По закону Ома I=V/R и V=IR. Подставляя их в формулу Уатта, получаем:

P=Ix IR=I ² R и P=VxV/R=V ² /R

Эти формулы также можно использовать для получения нескольких других формул.

Большинство расчетов по формуле Уатта можно выполнять вручную. Однако вы также можете воспользоваться онлайн-калькулятором закона Ватта.

Применение закона Ватта

Ниже приведены некоторые применения формулы закона Ватта:

• Если у вас есть источник питания, вы можете использовать эту формулу для расчета фактической мощности, которую может генерировать источник. Вы также можете использовать его для расчета потребляемой мощности компонента. Учитывая ток и напряжение источника, все, что вам нужно сделать, это перемножить значения.
• Вы можете рассчитать потребность здания в электроэнергии по формуле Ватта. При проектировании электропроводки здания необходимо оценить его общую потребляемую мощность. Затем вы можете использовать эту информацию для определения подходящих размеров проводов для здания. Вы также можете оценить его затраты на электроэнергию. Требуемая мощность здания достигается путем расчета индивидуальной номинальной мощности каждого электроприбора или компонента, который будет иметь здание, и их суммирования.
• Когда вы знаете мощность и напряжение электрического компонента, вы можете рассчитать его ток, используя формулу Ватта (I=P/V). То же самое относится и к напряжению, когда известны только ток и мощность (V=P/I).
• Формулы, полученные из комбинации закона Ватта и закона Ома, можно использовать для расчета электрического сопротивления компонента. Например, если в комнате установлена ​​электрическая лампочка, электрическое сопротивление лампочки можно рассчитать, используя P=V ² R, то есть R=P/V ² .

Если предположить, что напряжение, подаваемое в эту комнату, равно x вольт, а мощность лампы составляет y ватт, тогда сопротивление R=x/y ² .

Мощность в цепях переменного тока

Мощность в цепях переменного тока

Как и в случае с мощностью постоянного тока, мгновенная электрическая мощность в цепи переменного тока определяется выражением P = VI, но эти величины непрерывно изменяются. Почти всегда требуемая мощность в цепи переменного тока представляет собой среднюю мощность, которая определяется как P среднее = VI cosφ , где φ — фазовый угол между током и напряжением, а где V и I — эффективные или среднеквадратичные значения напряжения и тока. Термин cos φ называется «коэффициентом мощности» для схемы. Детали цепи серии RLC Для C = мкФ 9ампер. , а мощность переменного тока определяется как P avg = VI cosφ = Вт Коэффициент мощности равен cos φ = поэтому мощность уменьшается до той части, которая была бы в цепи постоянного тока с тем же напряжением и током. Для неуказанных параметров будут введены значения по умолчанию, но значения всех компонентов можно изменить. Щелкните за пределами поля после ввода данных, чтобы начать расчет. Индекс Цепи переменного тока   Гиперфизика*****Электричество и магнетизм R Ступица

Назад

Как и в цепях постоянного тока, мгновенная электрическая мощность в цепи переменного тока определяется выражением P=VI, где V и I — мгновенные значения напряжения и тока. С , то мгновенное мощность в любое время t может быть выражено как и используя идентификатор триггера мощность становится: Усреднение этой мощности за полный цикл дает среднюю мощность.	Индекс Цепи переменного тока
Гиперфизика*****Электричество и магнетизм R Ступица	Назад

Обычно средняя мощность представляет собой интересующую мощность в цепях переменного тока. Поскольку выражение для мгновенной мощности непрерывно меняется во времени, среднее значение должно быть получено путем интегрирования. Усреднение по одному периоду T синусоидальной функции даст среднюю мощность. Второй член в приведенном выше выражении для мощности в среднем равен нулю, поскольку он является нечетной функцией t. Среднее значение первого члена равно Поскольку среднеквадратичное значение напряжения и тока определяется как и , , средняя мощность может быть выражена как P ср

Индекс Цепи переменного тока

Гиперфизика*****Электричество и магнетизм R Ступица

Назад

Для нахождения значения средней мощности при синусоидальном напряжении используется интеграл Период T синусоиды связан с угловой частотой ω и угол θ на Используя эти отношения, приведенный выше интеграл можно преобразовать в форму: Что можно показать с помощью идентификатора триггера: что уменьшает интеграл до значения 1/2, поскольку второй член справа имеет нулевой интеграл за весь период. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Найти: