Закрыть

Мощность равна напряжение умножить на ток: Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

Содержание

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

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

U=Aq, где \(U\) – напряжение, \(А\) – работа тока, \(q\) – электрический заряд.

Таким образом, говоря другими словами,

напряжение на концах участка цепи численно равно работе, которая совершается при прохождении по этому участку электрического заряда в 1 Кл.

При прохождении по этому же участку электрического заряда, равного не \(1\) Кл, а, например, \(10\) Кл, совершённая работа будет в \(10\) раз больше.
Это означает, чтобы определить работу электрического тока на каком-либо участке цепи, надо напряжение на концах этого участка цепи умножить на электрический заряд, прошедший по нему: A=U⋅q,
Для выражения любой из величин можно использовать приведенные ниже рисунки.
Электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения: q=I⋅t. Используя это соотношение и подставляя его в формулу A=U⋅q, получим формулу для нахождения работы электрического тока: A=U⋅I⋅t.

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

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


Как известно, работу измеряют в джоулях, напряжение — в вольтах, силу тока — в амперах и время в секундах.

 

Тогда  1 джоуль = 1 вольт · 1 ампер · 1 секунду, или 1 Дж = 1 В · А ·С.


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

 

Например,

 

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

 

Обрати внимание!

Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.

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

На практике работу электрического тока

измеряют специальными приборами — счётчиками. Счётчики электроэнергии можно видеть в каждом доме.

 

 

Из курса физики известно, что мощность численно равна работе, совершённой в единицу времени N = Аt. Следовательно, чтобы найти мощность электрического тока, надо его работу  A=U⋅I⋅t разделить на время.

В отличие от механической мощности мощность тока обозначают буквой \(Р\).

P=At=U⋅I⋅tt=U⋅I. Отсюда следует, что

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

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

 

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

 

Из формулы P=U⋅I следует, что


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

Обрати внимание!

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
\(1\) гВт = \(100\) Вт или \(1\) Вт = \(0,01\) гВт;
\(1\) кВт = \(1000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,001\) кВт;
\(1\) МВт = \(1 000 000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,000001\) МВт.

Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра.

 

 

Чтобы вычислить искомую мощность, необходимо напряжение умножить на силу тока. Значение силы тока и напряжение определяют по показаниям приборов.

 

I = 1,2 АU = 5 ВP = U⋅I = 5⋅1,2 = 6 (Вт)

 

Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи. Они бывают аналоговые и цифровые. В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.

 

аналоговый ваттметр

аналоговый ваттметр

аналоговый ваттметр

цифровой ваттметр

 

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

 

 

 

Сила тока в лампочке мощностью \(25\) ватт будет составлять \(0.1\) А. Лампочка мощностью \(100\) ватт потребляет ток в четыре раза больше — \(0.4\) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно \(220\) В. Легко можно заметить, что лампочка в 100 ватт светится гораздо ярче, чем \(25\)-ваттовая лампочка. Это происходит от того, что ее мощность больше. Лампочка, мощность которой в \(4\) раза больше, потребляет в \(4\) раза больше тока. Это показывает, что

 

Обрати внимание!

мощность прямо пропорциональна силе тока.

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


  Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае ее мощность будет больше. Это означает, что

Обрати внимание!

мощность зависит от напряжения.

Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:

 

I=0,2АU=110ВP =U⋅I=110⋅0,2=22(Вт)I=0,4АU=220ВP =U⋅I=220⋅0,4=88(Вт)

 

Можно сделать вывод, что при увеличении напряжения в \(2\) раза мощность увеличивается в \(4\) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно - ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указываются только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).


 

 

В таблице дана мощность потребляемая различными приборами и устройствами:

 

Название

Рисунок

Мощность

калькулятор

\(0,001\) Вт

лампы дневного света

\(15 - 80\) Вт

лампы накаливания

\(25 - 5000\) Вт

компьютер

\(200 - 450\) Вт

электрический чайник

\(650 – 3100\) Вт

пылесос

\(1500 - 3000\) Вт

стиральная машина

\(2000 - 4000\) Вт

трамвай

\(150 000 – 240000\) Вт

Источники:

Перышкин А. В Физика. 8 класс // ДРОФА, 2013

http://уроки.мирфизики.рф/%d1%80%d0%b0%d0%b1%d0%be%d1%82%d0%b0-%d0%b8-%d0%bc%d0%be%d1%89%d0%bd%d0%be%d1%81%d1%82%d1%8c-%d1%8d%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d1%80%d0%b8%d1%87%d0%b5%d1%81%d0%ba%d0%be%d0%b3%d0%be-%d1%82%d0%be%d0%ba/

http://phscs.ru/physicsus/electric-power

http://class-fizika.narod.ru/8_34.htm

Работа и мощность тока | Физика

Какую работу совершает электрический ток, проходя по тому или иному участку цепи? Чтобы определить это, вспомним, что такое напряжение. Согласно формуле (11.1) U = A/q. Отсюда следует, что

A = qU,     (18.1)

где A — работа тока; q — электрический заряд, прошедший за данное время через рассматриваемый участок цепи. Подставляя в последнее равенство выражение q = It, получаем

A = IUt.     (18.2)

Итак, чтобы найти работу тока на участке цепи, надо напряжение на концах этого участка U умножить на силу тока I и на время t, в течение которого совершалась работа

.

Действие тока характеризуют не только работой A, но и мощностью P. Мощность тока показывает, какую работу совершает ток за единицу времени. Если за время t была совершена работа A, то мощность тока P = A/t. Подставляя в это равенство выражение (18.2), получаем

P = IU.      (18.3)

Итак, чтобы найти мощность электрического тока P, надо силу тока I умножить на напряжение U.

В Международной системе единиц (СИ) работу выражают в джоулях (Дж), мощность — в ваттах (Вт), а время — в секундах (с). При этом

1 Вт = 1 Дж/с, 1 Дж = 1 Вт · с.

Мощности некоторых электроустройств, выраженные в киловаттах (1 кВт = 1000 Вт), приведены в таблице 5.

Рассчитаем наибольшую допустимую мощность потребителей электроэнергии, которые могут одновременно работать в квартире. Так как в жилых зданиях сила тока в проводке не должна превышать I = 10 А, то при напряжении U = 220 В соответствующая электрическая мощность оказывается равной:

P = 10 A · 220 В = 2200 Вт = 2,2 кВт.

Одновременное включение в сеть приборов с большей суммарной мощностью приведет к увеличению силы тока и потому недопустимо.

В быту работу тока (или израсходованную на совершение этой работы электроэнергию) измеряют с помощью специального прибора, называемого электрическим счетчиком (счетчиком электроэнергии). При прохождении тока через этот счетчик внутри его начинает вращаться легкий алюминиевый диск. Скорость его вращения оказывается пропорциональной силе тока и напряжению. Поэтому по числу оборотов, сделанных им за данное время, можно судить о работе, совершенной током за это время. Работа тока при этом выражается обычно в киловатт-часах (кВт·ч).

1 кВт·ч — это работа, совершаемая электрическим током мощностью 1 кВт в течение 1 ч. Так как 1 кВт = 1000 Вт, а 1 ч = 3600 с, то

1 кВт·ч = 1000 Вт · 3600 с = 3 600 000 Дж.

??? 1. Как находится работа электрического тока? 2. По какой формуле находится мощность тока? 3. С помощью какого прибора измеряют работу тока? Какая единица работы при этом используется? 4.

Сложите мощности всех имеющихся у вас дома электрических устройств. Допустимо ли их одновременное включение в сеть? Почему?

Экспериментальное задание. Рассмотрите у себя дома счетчик электроэнергии. Выясните, как снимаются с него показания. Измерьте с его помощью электроэнергию, израсходованную задень. В течение следующего дня старайтесь экономить энергию — не оставляйте включенным свет, если это не нужно; выключайте электроприборы, которыми в данный момент не пользуетесь; не смотрите все подряд по телевизору. После этого определите с помощью счетчика, сколько электроэнергии вам удалось сэкономить. Вычислите стоимость этой энергии. Сколько денег вам удастся сберечь при подобной экономии энергии за месяц?

Формула мощности тока в физике

Содержание:

Электрический ток, на каком угодно участке цепи совершает некоторую работу (А). Допустим, что у нас есть произвольный участок цепи (рис.1) между концами которого имеется напряжение U. {2}(6)$$

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

Единицы измерения мощности тока

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

В СГС: [P]=эрг/с.

1 Вт=107 эрг/( с).

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

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

Примеры решения задач

Пример

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

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

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

Читать дальше: Формула напряжения электрического поля.

Мощность электрического тока: особенности и измерения

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

Работа электрического тока, мощность

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

Электрическая дуга

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

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

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

Выражения мощности тока

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

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

Трехфазные цепи

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

Трехфазная цепь с изолированной нейтралью

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

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

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

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

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

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

Формулы мощности тока

На практике измерить мощность тока

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

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

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

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

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

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

Методика двух ваттметров

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

Как вычислить мощность тока - Морской флот

Прежде чем рассматривать электрическую мощность, следует определиться, что же представляет собой мощность вообще, как физическое понятие. Обычно, говоря об этой величине, подразумевается определенная внутренняя энергия или сила, которой обладает какой-либо объект. Это может быть мощность устройства, например, двигателя или действия (взрыв). Ее не следует путать с силой, поскольку это различные понятия, хотя и находящиеся в определенной зависимости между собой. Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа. В свою очередь, работа А, проделанная в течение определенного времени t, составит значение мощности, выраженное формулой: N = A/t (Вт = Дж/с).

Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии той или иной системы. Одним из таких преобразований является мощность электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. В первую очередь она связана с электродвигателями и другими устройствами, выполняющими полезные действия.

Что такое мощность электрического тока

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

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

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

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

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

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

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

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

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

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

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

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

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

От чего зависит мощность тока

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

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

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

Наверное, каждый кто делал или делает ремонт электрики сталкивался с проблемой определения той или иной электрической величины. Для кого-то это становится настоящим камнем преткновения, а для кого-то все предельно ясно и каких-либо сложностей при определении той или иной величины нет. Данная статья посвящена именно первой категории – то есть для тех, кто не очень силен в теории электрических цепей и тех показателей, которые для них характерны.

Итак, для начала вернемся немного в прошлое и постараемся вспомнить школьный курс физики, касательно электрики. Как мы помним, основные электрические величины определяются на основании всего одного закона – закона Ома. Именно этот закон является базой проведения абсолютно для любых расчетов и имеет вид:

Отметим, что в данном случае речь идет о расчете самой простейшей электрической цепи, которая выглядит следующим образом:

Подчеркнем, что абсолютно любой расчет ведется именно посредством этой формулы. То есть путем не сложных математических вычислений можно определить ту или иную величину зная при этом два иных электрических параметра. Как бы там ни было, наш ресурс призван упростить жизнь тому кто делает ремонт, а поэтому мы упростим решение задачи определения электрических параметров, вывив основные формулы и предоставив возможность произвести расчет электрических цепей онлайн.

Как узнать ток зная мощность и напряжение?

В данном случае формула вычисления выглядит следующим образом:

Расчет силы тока онлайн:

(Не целые числа вводим через точку. Например: 0.5)

Как узнать напряжение зная силу тока?

Для того, чтобы узнать напряжение, зная при этом сопротивление потребителя тока можно воспользоваться формулой:

Расчет напряжения онлайн:

Если же сопротивление неизвестно, но зато известна мощность потребителя, то напряжение вычисляется по формуле:

Определение величины онлайн:

Как рассчитать мощность зная силу тока и напряжения?

Здесь необходимо знать величины действующего напряжения и действующей силы тока в электрической цепи. Согласно формуле предоставленной выше, мощность определяется путем умножения силы тока на действующее напряжение.

Расчет цепи онлайн:

Как определить потребляемую мощность цепи имея тестер, который меряет сопротивление?

Этот вопрос был задан в комментарие в одном из материалов нашего сайта. Поспешим дать ответ на этот вопрос. Итак, для начала измеряем тестером сопротивление электроприбора (для этого достаточно подсоединить щупы тестера к вилке шнура питания). Узнав сопротивление мы можем определить и мощность, для чего необходимо напряжение в квадрате разделить на сопротивление.

Формула расчета сечения провода и как определяется сечение провода

Довольно много вопросов связано с определением сечения провода при построении электропроводки. Если углубиться в электротехническую теорию, то формула расчета сечения имеет такой вид:

Конечно же, на практике, такой формулой пользуются довольно редко, прибегая к более простой схеме вычислений. Эта схема довольно проста: определяют силу тока, которая будет действовать в цепи, после чего согласно специальной таблице определяют сечение. Более детально по этому поводу можно почитать в материале – «Сечение провода для электропроводки»

Приведем пример. Есть бойлер мощностью 2000 Вт, какое сечение провода должно быть, чтобы подключить его к бытовой электропрводке? Для начала определим силу тока, которая будет действовать в цепи:

Как видим, сила тока получается довольно приличной. Округляем значение до 10 А и обращаемся к таблице:

Таким образом, для нашего бойлера потребуется провод сечением 1,7 мм. Для большей надежности используем провод сечением 2 или 2,5 мм.

Рекомендуем ознакомиться:

Определение

Мощность – это скалярная величина. В общем случае она равна отношению выполненной работы ко времени:

P=dA/dt

Простыми словами эта величина определяет, как быстро выполняется работа. Она может обозначаться не только буквой P, но и W или N, измеряется в Ваттах или киловаттах, что сокращенно пишется как Вт и кВт соответственно.

Электрическая мощность равна произведению тока на напряжение или:

P=UI

Как это связано с работой? U – это отношение работы по переносу единичного заряда, а I определяет, какой заряд прошёл через провод за единицу времени. В результате преобразований и получилась такая формула, с помощью которой можно найти мощность, зная силу тока и напряжение.

Формулы для расчётов цепи постоянного тока

Проще всего посчитать мощность для цепи постоянного тока. Если есть сила тока и напряжение, тогда нужно просто по формуле, приведенной выше, выполнить расчет:

P=UI

Но не всегда есть возможность найти мощность по току и напряжению. Если вам они не известны – вы можете определить P, зная сопротивление и напряжение:

P=U 2 /R

Также можно выполнить расчет, зная ток и сопротивление:

P=I 2 *R

Последними двумя формулами удобен расчёт мощности участка цепи, если вы знаете R элемента I или U, которое на нём падает.

Для переменного тока

Однако для электрической цепи переменного тока нужно учитывать полную, активную и реактивную, а также коэффициент мощности (соsФ). Подробнее все эти понятия мы рассматривали в этой статье: https://samelectrik.ru/chto-takoe-aktivnaya-reaktivnaya-i-polnaya-moshhnost.html.

Отметим лишь, что чтобы найти полную мощность в однофазной сети по току и напряжению нужно их перемножить:

S=UI

Результат получится в вольт-амперах, чтобы определить активную мощность (ватты), нужно S умножить на коэффициент cosФ. Его можно найти в технической документации на устройство.

P=UIcosФ

Для определения реактивной мощности (вольт-амперы реактивные) вместо cosФ используют sinФ.

Q=UIsinФ

Или выразить из этого выражения:

И отсюда вычислить искомую величину.

Найти мощность в трёхфазной сети также несложно, для определения S (полной) воспользуйтесь формулой расчета по току и фазному напряжению:

А зная Uлинейное:

1,73 или корень из 3 – эта величина используется для расчётов трёхфазных цепей.

Тогда по аналогии чтобы найти P активную:

Определить реактивную мощность можно:

На этом теоретические сведения заканчиваются и мы перейдём к практике.

Пример расчёта полной мощности для электродвигателя

Мощность у электродвигателей бывает полезная или механическая на валу и электрическая. Они отличаются на величину коэффициента полезного действия (КПД), эта информация обычно указана на шильдике электродвигателя.

Отсюда берём данные для расчета подключения в треугольник на Uлинейное 380 Вольт:

Тогда найти активную электрическую мощность можно по формуле:

P=Pна валу/n=160000/0,94=170213 Вт

Теперь можно найти S:

Именно её нужно найти и учитывать, подбирая кабель или трансформатор для электродвигателя. На этом расчёты окончены.

Расчет для параллельного и последовательного подключения

При расчете схемы электронного устройства часто нужно найти мощность, которая выделяется на отдельном элементе. Тогда нужно определить, какое напряжение падает на нём, если речь идёт о последовательном подключении, или какая сила тока протекает при параллельном включении, рассмотрим конкретные случаи.

Здесь Iобщий равен:

На каждом резисторе R1 и R2, так как их сопротивление одинаково, напряжение падает по:

И выделяется по:

Pна резисторе=UI=6*0,6=3,6 Ватта

Тогда при параллельном подключении в такой схеме:

Сначала ищем I в каждой ветви:

И выделяется на каждом по:

Или через общее сопротивление, тогда:

Все расчёты совпали, значит найденные значения верны.

Заключение

Как вы могли убедиться найти мощность цепи или её участка совсем несложно, неважно речь идёт о постоянке или переменке. Важнее правильно определить общее сопротивление, ток и напряжение. Кстати этих знаний уже достаточно для правильного определения параметров схемы и подбора элементов – на сколько ватт подбирать резисторы, сечения кабелей и трансформаторов. Также будьте внимательны при расчёте S полной при вычислении подкоренного выражения. Стоит добавить лишь то, что при оплате счетов за коммунальные услуги мы оплачиваем за киловатт-часы или кВт/ч, они равняются количеству мощности, потребленной за промежуток времени. Например, если вы подключили 2 киловаттный обогреватель на пол часа, то счётчик намотает 1 кВт/ч, а за час – 2 кВт/ч и так далее по аналогии.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Также читают:

Работа и мощность тока. Переменный и постоянный ток.

Всем доброго времени суток! В сегодняшней статье мы будем разбираться с понятиями работы и мощности электрического тока. Для начала рассмотрим постоянный ток, а затем проведем аналогичные “исследования” и для цепей переменного тока 🙂 Тема довольно обширная, формул много, так что давайте приступать!

Работа и мощность постоянного тока.

Давайте вспомним первую статью курса “Основы электроники” – вот она. Там мы определили напряжение как работу, которую необходимо затратить для переноса единичного заряда из одной точки в другую. Обозначим эту величину – A. Чтобы найти работу, которую совершат несколько зарядов, нам необходимо работу одного заряда умножить на количество зарядов:

A_0 = AN

По определению мощность – это работа за единицу времени. Таким образом, мы получаем формулу мощности:

P = \frac{A_0}{\Delta t} = \frac{N}{\Delta t}A

Снова возвращаемся мысленно к уже упомянутой первой статье курса, в которой мы обсуждали понятия тока и напряжения и вспоминаем, что количество зарядов, проходящее через проводник в единицу времени (\frac{N}{\Delta t}) – это и есть ток по определению. 2}{R}

Единицей измерения мощности является Ватт, а 1 Вт – мощность, при которой за 1 секунду совершается работа 1 Джоуль.

Тут необходимо остановиться на одном довольно интересном нюансе. Часто при обсуждении работы электрического тока можно услышать сочетание – киловатт-час. Например, электросчетчики в домах показывают работу именно в этих единицах измерения. Так вот несмотря на схожесть в названиях единиц измерения мощности (ватт) и работы (киловатт – час / ватт – час) не стоит забывать, что эти термины относятся к разным физическим величинам. Чтобы перевести КВт*ч в более привычные с точки зрения системы измерений Си Джоули можно воспользоваться следующим математическим соотношением:

1\medspace КВт\cdotч = 3600000\medspace Дж

Давайте рассмотрим небольшой пример для иллюстрации вышесказанного 🙂 Итак, пусть у нас есть чайник, мощность которого составляет 1200 Вт (1.2 КВт). Мысленно включим его на 10 минут (1/6 часа). В итоге, работа электрического тока (а вместе с ней и потребленная чайником энергия) составит:

1200\medspace Вт \cdot 1 / 6\medspace ч = 200\medspace Вт\cdot ч = 0. 2\medspace КВт\cdotч

С работой и мощностью постоянного тока все понятно, давайте перейдем к цепям переменного тока.

Мощность переменного тока.

Пусть у нас ток и напряжение изменяются по следующим законам:

i(t) = I_m\medspace sin(wt\medspace-\medspace \beta)

u(t) = U_m\medspace sin(wt)

Мы приняли, что ток и напряжение сдвинуты по фазе на величину \beta.

Мгновенная мощность (мощность переменного тока в любой момент времени) будет равна:

p(t) = u(t)\medspace i(t) = U_m\medspace sin(wt) \cdot I_m\medspace sin(wt\medspace-\medspace \beta)

Преобразуем формулу в соответствии с тригонометрической формулой произведения синусов:

p(t) = U_m\medspace sin(wt)\medspace I_m\medspace sin(wt\medspace-\medspace \beta) = \frac{1}{2}\medspace U_m\medspace I_m\medspace (cos\beta\medspace-\medspace cos(2wt\medspace-\medspace \beta)) = \\\frac{1}{2}\medspace U_m\medspace I_m\medspace cos\beta\medspace-\medspace \frac{1}{2}\medspace U_m\medspace I_m\medspace cos(2wt\medspace-\medspace \beta)

Вот так будут выглядеть зависимости тока, напряжения и мощности переменного тока от времени:

На самом деле практический интерес представляет не мгновенное значение мощности (которое постоянно меняется), а среднее. Tp(t)\,\mathrm{d}t

Не буду особо нагружать математическими выкладками, давайте просто обратим внимание на то, что в формуле мгновенной мощности второе слагаемое (-U_m\medspace I_m\medspace cos(2wt\medspace-\medspace \beta)) при интегрировании (суммировании) будет равно нулю. Это связано с тем, что если мы рассматриваем конкретный период, то значение косинуса в течение одного полу-периода сигнала будет иметь положительную величину, а в течение другого – отрицательное). Поэтому в финальной формуле средней мощности переменного тока останется только интеграл от первого слагаемого:

P = \frac{1}{T} \cdot\medspace \frac{1}{2}\medspace I_m\medspace U_m\medspace cos\beta T = \frac{1}{2}\medspace I_m\medspace U_m\medspace cos\beta

Вот мы и получили выражение для вычисления средней за период мощности в цепи переменного тока (ее также называют активной мощностью)!

Если сдвиг фаз между током и напряжением будет равен нулю, то значение средней мощности будет максимальным (поскольку cos 0 = 1). 2)}

На сегодня на этом все, мы разобрались с понятиями работы и мощности электрического тока, до скорых встреч на нашем сайте!

Мощность и работа электрического тока. 8 класс. Физика. - Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Как вычислить работу электрического тока? Мы уже знаем, что напряжение на концах участка цепи численно равно работе, которая совершается при прохождении по этому участку электрического заряда в 1 Кл. При прохождении по этому же участку электрического заряда, равного не 1 Кл, а, например, 5 Кл, совершённая работа будет в 5 раз больше. Таким образом, чтобы определить работу электрического тока на каком-либо участке цепи, надо напряжение на концах этого участка цепи умножить на электрический заряд (количество электричества), прошедший по нему:

A = Uq,

где А — работа, U — напряжение, q — электрический заряд. Электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения:

q = It.

Используя это соотношение, получим формулу работы электрического тока, которой удобно пользоваться при расчётах:

А = UIt.

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Работу измеряют в джоулях, напряжение — в вольтах, силу тока — в амперах и время — в секундах, поэтому можно написать:

1 джоуль = 1 вольт х 1 ампер х 1 секунду,

или

1 Дж = 1 В • А • с.

Выходит, что для измерения работы электрического тока нужны три прибора: вольтметр, амперметр и часы. На практике работу электрического тока измеряют специальными приборами — счётчиками. В устройстве счётчика как бы сочетаются три названных выше прибора. Счётчики электроэнергии сейчас можно видеть почти в каждой квартире.

Пример. Какую работу совершает электродвигатель за 1 ч, если сила тока в цепи электродвигателя 5 А, напряжение на его клеммах 220 В? КПД двигателя 80% .

Запишем условие задачи и решим её.

Мы знаем, что мощность численно равна работе, совершённой в единицу времени. Следовательно, чтобы найти среднюю мощность электрического тока, надо его работу разделить на время:

P = A / t.

где Р — мощность тока (механическую мощность мы обозначали буквой N).

Работа электрического тока равна произведению напряжения на силу тока и на время: А = UIt, следовательно,

P = A / t = UIt / t = UI.

Таким образом, мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока, или

P = UI.

Из этой формулы можно определить, что

U = P / I, I = P / U

За единицу мощности, как известно, принят ватт; 1 Вт — 1 Дж / с. Из формулы Р = UI следует, что 1 ватт = 1 вольт х 1 ампер, или 1 Вт = 1 В • А.

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).

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

Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, необходимо напряжение умножить на силу тока. Значение силы тока и напряжение определяют по показаниям приборов.

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

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

  1. Чему равно электрическое напряжение на участке цепи?
  2. Как через напряжение и электрический заряд, прошедший через участок цепи, выразить работу электрического тока на этом участке?
  3. Как выразить работу тока через напряжение, силу тока и время?
  4. Какими приборами измеряют работу электрического тока?
  5. Что называют мощностью?
  6. Как рассчитать мощность?
  7. Как выражается мощность электрического тока через напряжение и силу тока?
  8. Что принимают за единицу мощности?
  9. Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока?
  10. Какие единицы мощности используют в практике?

Задание 2. Реши задачи.

  1. Сколько времени потребуется электрическому току, чтобы при напряжении 100 В и силе тока 0,2 А совершить в цепи работу 400 Дж?
  2. Определите напряжение на участке цепи, в котором за 0,5 мин совершается работа, равная 60 Дж, при силе тока 0,1 А.
  3. Определите мощность тока в электролампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если сила тока в ней равна 0,8 А.
     

К занятию прикреплен файл  «Собираем элементарно электрический мотор дома.». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники: http://www.tepka.ru/fizika_8, http://class-fizika.narod.ru
 

Мощность

. Почему напряжение, умноженное на ток, равно мощности?

Вы знаете, что «ватт» на самом деле означает поток энергии, верно? «Джоули в секунду» переименованы в Ватт. Это может немного сбить с толку новичков, так как в начале мы должны сказать « джоулей в секунду » это и « джоулей в секунду » то. Приводится множество примеров количества энергии и потока энергии, но без упоминания ватт, так что «Джоули» и «Джоули в секунду» становятся твердо известными и очевидными. Мы пришли к выводу, что Джоули в секунду - это показатель, а не «штука».«У нас не может быть ведра ватт, так как ведро не может содержать показатель. Но джоули, они ТАК как материя. У нас может быть ведро энергии. Энергия не создается и не разрушается, а просто перемещается.

Вы знаете, что «ампер» на самом деле означает поток заряда, верно? «Кулоны в секунду» переименовали в Ампер. Это немного сбивает с толку новичков, так как вначале мы должны сказать « кулонов в секунду, », это и « кулонов в секунду, », что. Приводится множество примеров количества заряда и потока заряда, но без упоминания об Амперах, так что «Кулоны» и «Кулоны в секунду» становятся твердо известными и очевидными.Мы увидим, что кулоны в секунду - это скорость, а не «штука». У нас не может быть ведра ампер, так как ведро не может содержать норму. Но кулоны - это как чепуха. У нас может быть ведро заряда. Заряд не создается и не уничтожается; просто двигался.

Итак, удалите эти «ватты» и «амперы», а вместо этого рассмотрите концепции, скрытые за ними: количество энергии и количество заряда.

Тогда ваш вопрос гласит: «Почему количество энергии определяется умножением заряда на напряжение?»

Ответ простой: напряжение - это способ измерения электронных полей.Итак, если мы выполняем работу, поднимая некоторое количество заряда против электрического поля, то запасенная электрическая энергия равна работе, необходимой для поднятия заряда. (Энергия накапливалась в измененных полях и перемещаемых зарядах, как при зарядке конденсатора.) И, когда мы позволяем электронному полю выполнять работу с зарядом, притягивая его, возникающая энергия равна работе, выполняемой движущийся заряд. (Электрическая энергия выделялась, когда заряды двигались «под гору», как когда мы разряжаем конденсатор.)

Итак, если мы удваиваем напряжение, мы удваиваем интенсивность электронного поля, поэтому мы удваиваем силу, которая удваивает количество энергии, запасенной при перемещении определенного количества заряда. Вольт, умноженное на кулон, дает джоули. Или, если мы удвоим количество заряда, который должен удвоить силу, как раньше, тогда, когда мы перемещаем его через электронное поле, он дает удвоенное количество энергии. Удвойте их оба сразу, и мы получим в четыре раза большую силу, следовательно, в четыре раза больше энергии, когда мы перемещаем заряд. Очевидно, это простой продукт, умноженный на кулоны.(DOH, аналогия с гравитационным полем: расход энергии для поднятия камня! Более высокая гравитация требует большей силы, поэтому больше энергии, но для более массивной породы также требуется больше силы, поэтому больше энергии.)

Наконец, мы можем выполнять ту же работу в течение короткого или длительного времени (разные джоули в секунду, но общая передаваемая энергия не меняется). И мы можем переносить заряд в течение короткого или длительного времени (разные кулоны в секунду, но общий перемещенный заряд не меняется.) Это возвращает нас к джоулям в секунду, равным кулонам в секунду, умноженным на вольты.

Последний вопрос: почему энергия не равна квадрату кулонов или квадрату вольт? (Это потому, что удвоение силы удвоит работу, выполняемую на расстоянии. Не в четыре раза больше работы.)

Также обратите внимание, что я не буду углубляться в изучение напряженности электронного поля в сравнении с плоскостями эквипотенциального распространения на определенном расстоянии. Длина, электрическое поле и напряжение - все где-то там, смешанные, но я сохранял длину постоянной, поэтому вольты пропорциональны напряженности электронного поля, и мы можем временно рассматривать их как одно и то же.Разбирать все это на части - действительно отдельный вопрос.

Закон Ома для начинающих и новичков

Закон Ома для начинающих и новичков
Основной закон Ома

HTML с: http://www.btinternet.com/~dtemicrosystems/beginner.htm

ЧТО ЭТО. КАК И ГДЕ ПРИМЕНЯТЬ


Хотя закон Ома применим не только к резисторам - как мы увидим позже - кажется, логично включить его сейчас, так как он будет хорошей точкой отсчета для резистора подробности приведены выше.

ЧТО ТАКОЕ ЗАКОН ОМС? :
Используя диаграмму слева, закон Ома определяется как; «При условии, что температура остается постоянным, отношение разности потенциалов (p.d.) на концах проводника (R) к току (I), протекающему в этом проводнике, также будет постоянным ». проповедь!

Из этого мы заключаем, что; Ток равен напряжению, разделенному на сопротивление (I = V / R), Сопротивление равно напряжению, разделенному на ток (R = V / I), а напряжение равно току, умноженному на Сопротивление (V = IR).
Важным фактором здесь является температура. Если расчеты по закону Ома должны давать точные результаты, это должно оставаться постоянным. В «реальном» мире это почти никогда делает, и с точки зрения новичка вам не нужно беспокоиться об этом. более того, поскольку схемы, с которыми вы, вероятно, столкнетесь в данный момент, - и около 95% все те, с которыми вы столкнетесь в будущем - будут работать нормально, даже если они горячие или холодно!

ЗАКОН ОМС ПРОСТОЙ:
На рисунке 1 слева показан наиболее распространенный треугольник закона Ома. Начиная с любого раздела треугольник, его можно читать в любом направлении - по часовой стрелке, против часовой стрелки, сверху вниз или снизу вверх - и он всегда предоставит вам расчет, который вы требовать.


Если рассматривать (слегка диагональные) горизонтальные линии как знаки разделения, а короткие вертикальная линия как знак умножения, и всегда начинайте расчет с любого количества вы ищете, т.е. "V =", "I =" или "R =" у вас будет все возможные формулы, основанные на этом конкретном законе Ома.Это; V = IxR, I = V / R, R = V / I. Это должно быть очевидно, что формула работает и в обратном направлении, то есть; IxR = V, RxI = V, V / I = R и V / R = I.

Эти объяснения могут показаться немного сложными, но их легко применить на практике. Как правило, для начинающих будет более понятен полезный пример, а не эти причудливые столы, так что поехали.

ПОЯСНЕНИЕ НА ПРИМЕРЕ:
Допустим, друг просит вас установить красную сигнальную лампу на приборную панель его / ее автомобиля. Будучи энтузиастом электроники, вы решили использовать красный светоизлучающий диод (LED), поскольку они излучают достаточно чистый красный свет, не выделяют чрезмерного тепла лампы накаливания, они также дешевы по сравнению с ними и выглядят высокотехнологичными!

С точки зрения принципиальной схемы расположение будет таким, как показано слева.
ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТОКА РЕЗИСТОР:
Стандартные светодиоды не могут получать питание напрямую от 12 В без установки ограничения тока. резистор включен последовательно с одним из выводов, но какое значение вы используете? Как общее правило на практике, вашему среднему светодиоду требуется около 15 мА тока для получения приемлемого света. выход.Учитывая это, теперь у нас есть две известные величины для использования в наших расчетах: напряжение и ток. Используя треугольник закона Ома, требуемое сопротивление равно рассчитывается по формуле «R = V / I», которая дает нам 12 / 0,015 = 800 Ом (см. ниже для 'Vf'). Не забывайте, ток измеряется в амперах.

На первый взгляд может показаться, что это проблема, поскольку 800 Ом не является стандартным значением. доступен в диапазоне E12. Однако в этом типе схемы сопротивление не критического, и ближайшего предпочтительного значения будет вполне достаточно, а именно 820 Ом.

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ОБ "Vf":
Все электронные компоненты демонстрируют - в большей или меньшей степени - то, что известно как 'выбывать'. Он имеет различные сокращения в зависимости от типа компонента, к которому он ссылается, но обычно они означают одно и то же. На самом деле это количество напряжения, которое используется компонентом для работы. Для стандартного светодиода это значение находится в диапазоне около 1,5 - 3 вольт, и для наших целей мы примем 2 В.

Это означает, что из ваших 12 вольт от аккумулятора 2 вольта будут израсходованы светодиодом. Сама по себе, поэтому ваш расчет закона Ома должен быть основан на 10 вольт.Истинная формула должно быть на самом деле; (12-Vf) /0.015=666.66 Ом (повторяется для математиков среди ты!). Ближайшее значение в диапазоне E12 составляет 680 Ом, поэтому в идеале это должно быть ценность для использования. В целях безопасности, когда ваши результаты заканчиваются непонятными значениями, такими как при этом всегда выбирайте ближайшее значение выше, а не следующее ниже.

РЕЗИСТОРЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО И ПАРАЛЛЕЛЬНО

Возможно "изготовление" стандартных и нестандартных номиналов резисторов на соответствовать вашим потребностям, если требуемое значение отсутствует.Это достигается подключением два или более из них параллельно, последовательно или их комбинация. Однако вам нужно заранее знать, как они взаимодействуют друг с другом в этих конфигурациях.

РЕЗИСТОРЫ СЕРИИ:
На рисунке слева показаны три последовательно включенных резистора. Это самый простой способ получить "фабричные" значения. Формула прямой для расчет окончательного значения; «R» = R1 + R2 + R3. Другими словами, независимо от количества резисторов или их индивидуальных значений, окончательное значение «R» всегда будет их суммой.Расчет по ноге изображения работает для любого количества значений, соединенных последовательно, вы просто продолжаете добавлять их в список других.

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ РЕЗИСТОРЫ:
При параллельном соединении резисторов расчеты сложнее. На рисунке слева показаны три резистора, включенных параллельно. Мы будем не заботиться о трех отдельных ценностях, а сосредоточиться на том, что окончательное значение «R» будет с использованием примеров значений.Расчет у подножия изображение работает для любого количества значений, соединенных параллельно, вы просто продолжаете добавлять их в список других в скобках. Для наших целей предположим, что R1 составляет 47K, R2 - это 150 КБ, а R3 - 820 КБ. Формула прямой линии для окончательного значения: «R» = 1 / ( (1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3)).
В этой формуле есть много ненужных скобок (скобок), и вот причина; почти для всех расчетов электроники вам нужно использовать калькулятор, который отдает приоритет функциям умножения и деления, а также наиболее научным калькуляторы работают именно так.К сожалению, многие «простые» калькуляторы этого не делают, поэтому дополнительные скобки были показаны, чтобы компенсировать те, которые вычисляют цифры в порядок их ввода. С научным калькулятором вы можете использовать упрощенный формула прямой линии; «R» = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3).

Важно определить значения в скобках перед применением окончательного Функция «1 /». Если вы этого не сделаете, то формула станет 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 =? если ты попробуйте это на своем калькуляторе, используя наши примеры значений, вы, вероятно, подумаете, что у вас есть неправильный ответ (0.02916 ...), но вы этого не сделали. На самом деле у вас точно есть право ответ, ему просто не хватает последней функции "1 /".

Если в вашем калькуляторе есть «1 / X» (единица, разделенная на все, что показано в display), затем нажмите эту кнопку сейчас. Если эта функция недоступна, поместите результат в памяти (убедившись, что раньше там ничего не было), очистите дисплей а затем введите «1 MR =» или другую подобную последовательность. Результат должен быть 34,29 кОм (34 290,29005 Ом), что правильно.Итак, итоговое значение всех трех параллельно включенные резисторы - 34,29К.

ДЛЯ ЧЕГО ДРУГОЙ ТРЕУГОЛЬНИК?

На рис. 2 слева показан второй по величине часто используемый треугольник закона Ома. К этому можно подойти точно так же, как и к выше, только на этот раз он используется для расчета мощности, напряжения и тока. В объяснения здесь таковы; Ток равен мощности, деленной на напряжение (I = P / V), мощность равна Ток, умноженный на напряжение (P = VxI), и напряжение равно мощности, деленной на ток (V = P / I).


ДЕМОНСТРАЦИЯ НА ПРИМЕРЕ:
Чтобы продемонстрировать использование этого треугольника, мы применим его к обычному электрическому / электронному компонент - трансформатор. Их характеристики обычно цитируются с точки зрения выходное напряжение их вторичной обмотки вместе с возможной мощностью (в ВА) это напряжение. Термин «VA» означает ватты и происходит от формулы «Вольт на Ампер» (отсюда - ВА). Это обозначается буквой «P» в треугольник закона Ома.

ЧТО ТРАНСФОРМАТОР ДЕЛАТЬ НУЖНО ?
Допустим, у вас есть цепь 9 В, которая потребляет 1.5 ампер тока. Вы хотите знать, если трансформатор с номиналом 9 В при 25 ВА будет достаточным для питания вашей цепи. Ты уже есть две величины от трансформатора - напряжение (В) и мощность (P или VA), и по ним вы хотите узнать, какой будет доступный ток (I).


Используя формулу «I = P / V» из треугольника, результат: 25/9 = 2,77 усилители. Таким образом, этот трансформатор подойдет для ваших нужд на 1,5 А. В целях безопасности если цепь будет постоянно потреблять определенное количество тока, независимо от каким может быть этот ток, тогда всегда используйте трансформатор, доступный как минимум на 50% больше ток, чем требует ваша схема.Никогда не используйте тот, у которого «ровно достаточный» ток, потому что он станет слишком горячим, что приведет к изменению характеристик напряжения и текущий указан. Эти изменения сложны, и мы не будем их объяснять в этой статье. раздел для начинающих, но будьте осторожны при выборе трансформаторов.

Электроэнергия - Электроэнергия - National 5 Physics Revision

Электроэнергия легко переносится с места на место с помощью проводов или кабелей.Однако электрическая энергия должна быть преобразована в другие формы энергии, прежде чем мы сможем ее использовать.

Скорость передачи (или изменения) энергии называется мощностью - сколько энергии используется в секунду.

\ [Power = \ frac {{Energy}} {{time}} \]

\ [P = \ frac {E} {t} \]

Обозначение для power - \ (P \) , измеряется в Вт (\ (Вт \)).

Обозначение для энергии - \ (E \), оно измеряется в Джоулях (\ (Дж \)).

Символ для времени - \ (t \), он измеряется в секундах (\ (s \)).

Электрическая энергия, передаваемая каждую секунду, определяется умножением напряжения на ток.

\ [Мощность = напряжение \ умножить на ток \]

\ [P = V \ умножить на I \]

Обозначение мощности - \ (P \), оно измеряется в Вт (\ (Вт \)).

Обозначение для напряжения - \ (В \), оно измеряется в Вольт (\ (В \)).2} R \]

Обозначение мощности - \ (P \), оно измеряется в Вт (\ (Вт \)).

Символ для тока - \ (I \), он измеряется в Амперах (\ (A \)).

Обозначение для сопротивления - \ (R \), оно измеряется в Ом (\ (Ом \)).

Электроэнергия и энергия | Безграничная физика

Использование энергии

Используемая энергия - это временной интеграл от электрической мощности.

Цели обучения

Сформулируйте взаимосвязь между использованием энергии и электрической мощностью

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Напомним, что мощность - это скорость выполнения работы или скорость, с которой энергия потребляется или производится.По току и напряжению P = IV.
  • Используемая энергия - это количество заряда q, прошедшего через напряжение V за интервал времени t. Он равен интегралу мощности во времени.
  • Обычной единицей, используемой для описания использования энергии, является киловатт-час, энергия 1000 Вт, действующая в течение одного часа.
Ключевые термины
  • киловатт-час : единица электрической энергии, равная мощности одного киловатта, действующего в течение одного часа; равняется 3,6 мегаджоулей.Обозначение: кВтч.

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

Мощность

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

.

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

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

Энергия

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

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

Единицы потребления энергии

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

Снижение потребления энергии

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

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

Как легко рассчитать преобразование в вольтах, амперах и ваттах

Как легко рассчитать преобразование в вольтах, амперах и ваттах

B asic электрическая теория утверждает, что:

Вольт - это мера силы или давления, под которым течет электричество.

Ампер - это измерение текущего расхода электронов.

Вт - это показатель создаваемой электрической мощности. 1 ватт равен одному джоулю энергии в секунду.

I В солнечной отрасли способность легко преобразовывать вольты, ватты и амперы необходима для каждой части бизнеса, от определения размера системы до закупки солнечных панелей, инверторов и баланса компонентов системы, таких как разъемы и проводка.

M г коллега Стюарт Уодсворт, преподаватель из «Boots on the Roof» познакомил нас с использованием легко запоминающейся таблицы для расчета вольт, ампер и ватт.

T o Воспользуйтесь этой таблицей преобразования, вам понадобятся как минимум два из трех требуемых электрических значений для конкретной нагрузки. Отсюда вы можете рассчитать третий. Просто нарисуйте треугольник, затем поместите W для ватт вверху. Затем поместите V для вольт в один из нижних углов и A для ампер в оставшийся угол.

A - пример того, как работает таблица преобразования, допустим, солнечная панель рассчитана на 60 Вт, 12 В и 5 ампер.

T формула для Вт: вольт умноженный на ампер. Чтобы использовать диаграмму, закройте W на диаграмме пальцем и используйте оставшиеся видимые вычисления диаграммы: В, , умноженное на А. Используя данные нашего образца панели, 12 вольт, умноженные на 5 ампер, равны 60 ваттам.

T Формула для Вольт - это ватты, разделенные на амперы. Чтобы использовать диаграмму, закройте V пальцем и используйте оставшееся вычисление диаграммы: Вт, , деленное на А. Используя данные нашей панели, 60 Вт, разделенные на 5 ампер, равны 12 вольт.

T Формула для ампер: Вт, разделенные на вольты. Чтобы использовать диаграмму, закройте A пальцем и используйте оставшиеся расчетные данные диаграммы: Вт, , деленные на В. Используя данные нашего образца панели, 60 Вт, разделенные на 12 вольт, равны 5 ампер.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы связаться с нами для получения дополнительной информации


Шокирующая правда о вольтах, амперах и ваттах | Дон Кросс

Как интуитивно понять электричество

Фото Феликса Миттермайера на Unsplash

Электричество может показаться загадочным.И, честно говоря, в современном мире электроники есть чему поучиться. Те, кто изучает электротехнику, скажут вам, насколько это сложно. Чтобы стать экспертом в этой области, требуются годы обучения, математической строгости, мастерства в поведении компонентов, решения проблем и обучения чтению схем.

Профессиональные электрики годами учатся безопасно применять электричество в домах и на предприятиях, соблюдая сложные правила техники безопасности и следуя более чем вековой мудрости.

В обеих дисциплинах также важно избегать капания расплавленного припоя на брюки, но это уже другая история.

Несмотря на время и тяжелую работу, необходимые для того, чтобы стать экспертом, электричество не должно быть страшной темой для непрофессионала. Есть несколько важных и полезных понятий об электричестве, которые каждый может понять. Вы можете научиться рассчитывать, сколько будет стоить запуск устройства, сколько устройств вы можете подключить к розетке до того, как сработает автоматический выключатель, и другие реальные практические проблемы.

Эту тему приятно понимать как таковую, поскольку прежде загадочные вещи начинают обретать смысл. Правильные мысленные образы сделают поведение электричества интуитивно понятным. Давайте начнем.

Аналогия с водой

Самая важная идея для начала: электричество в проводе действует так же, как вода в трубе. Носители электричества, субатомные частицы, называемые электронами, могут довольно легко перемещаться через металл, точно так же, как молекулы воды перемещаются через пустое пространство внутри трубы.Мы говорим, что металлы являются электрическими , проводниками .

Другие вещества, такие как пластик, стекло и воздух, действуют как стенки трубы: они блокируют электроны. Мы называем такие вещества изоляторами . В нормальных условиях внутри вашего дома электричество просто не будет летать по воздуху за пределы провода. (Да, молния действительно связана с прохождением электричества по воздуху, но это крайняя ситуация. Я вернусь к этому позже, обещаю.)

Вы должны использовать свое воображение и притвориться, будто воздух - твердый барьер, и твердый металл подобен пустому пространству, через которое легко пройти.Я знаю, что эта часть звучит наоборот, но как только вы преодолеете эту нелогичную истину, все остальное обретет смысл.

Электроны очень сильно отталкиваются. Сжать электроны вместе практически невозможно - это все равно, что пытаться раздавить галлон воды в литровую банку. Это означает, что электричество может течь только тогда, когда электроны движутся вместе в одном направлении. Если вы прижмете электроны к одному концу провода, такое же количество электронов должно выйти из другого конца, чтобы освободить место.

Ток

Этот поток электричества через проводник называется током . Электрический ток измеряется в амперах , часто сокращается до ампер . Если вы представите себе электрический ток, протекающий как вода в трубе, то амперы равны галлонам в минуту: они говорят вам, насколько быстро течет ток. На данный момент вам не нужно знать, что означает усилитель; это просто определенное количество электронов, движущихся в секунду через любое заданное поперечное сечение проводника.

Напряжение

Еще одним фундаментальным понятием в мире электричества является напряжение . Напряжение - это электрическое давление. В системе с водой давление показывает, насколько сильно что-то давит на воду. Давление воды измеряется в фунтах на квадратный дюйм (psi), а электрическое давление измеряется в вольт .

Если вы когда-либо были под водой, вы знаете, что чем глубже вы погружаетесь, тем сильнее давление на барабанные перепонки. Они могут повредить, если вы полностью погрузитесь на дно бассейна.Это потому, что чем больше глубина, тем больше вес воды над вами, давящей внутрь на каждой поверхности вашего тела.

Водонапорные башни используют этот факт для создания большого давления в воде, доставляемой к обслуживаемым областям вблизи уровня земли. Чем выше столб воды внутри башни, тем больше давление на дне башни.

Подобным образом такие устройства, как батареи или генераторы, создают электрическое давление или напряжение в проводнике. И точно так же, как вы можете создать большее давление, увеличив высоту столба воды, вы можете создать большее напряжение, подключив батареи встык в соединении серии .

В качестве примера приведу фотографию, которую я сделал для измерения напряжения обычной батареи AA.

Эта батарейка AA создает напряжение 1,617 вольт.

Обратите внимание, что хотя батареи AA имеют маркировку, обеспечивающую 1,5 В, измеренное напряжение этой батареи составляет 1,617 В. Это типичное значение для новой щелочной батареи. Чем дольше вы используете аккумулятор, тем ниже становится напряжение, пока оно не станет достаточно сильным для работы вашего устройства.

Теперь посмотрите, что происходит, когда я помещаю положительный полюс одной батарейки AA в контакт с отрицательным полюсом другой и измеряю суммарное напряжение:

Две последовательно соединенные батарейки AA производят 3.233 вольт.

Эти две последовательно соединенные батареи производят вдвое большее напряжение, или 3,233 вольт. Но вы должны подключить их правильно, чтобы обе батареи помогали друг другу толкать электроны в одном направлении! Если вы этого не сделаете, вот что произойдет:

батарей, работающих друг против друга, вырабатывают 1,9 мВ = 0,0019 вольт.

Видите разницу? На этот раз два положительных вывода подключены, и суммарное напряжение составляет 1,9 милливольт (мВ) = 0,0019 вольт, что довольно близко к нулю.Батареи работают друг против друга. Это показывает, почему устройство с батарейным питанием не будет работать, если вы установите одну из батарей задом наперед.

Сопротивление

Я упоминал выше, что металлы позволяют электронам легко проходить через них, но воздух (опять же, при нормальных домашних условиях) препятствует прохождению электронов через них.

Оказывается, нет простого черного или белого ответа на вопрос, является ли вещество проводником или изолятором. На самом деле есть оттенки серого.Некоторые вещи, такие как вода, графит и человеческое тело, находятся где-то между воздухом и металлами с точки зрения того, насколько легко они проводят электричество.

Сложность проталкивания электронов через объект называется сопротивлением этого объекта. Единица электрического сопротивления Ом . Если вы приложите к объекту давление в 1 вольт, и это вызовет протекание через него тока 1 ампер, этот объект будет иметь сопротивление 1 Ом.

Но если какой-то другой объект требует 10 вольт, чтобы протолкнуть через него ток в 1 ампер, этот второй объект имеет сопротивление 10 Ом - он имеет более высокое сопротивление, потому что ему труднее обеспечить протекание того же тока.

Сопротивление в омах рассчитывается как приложенное напряжение, деленное на количество ампер, которое оно вызывает. Другими словами, напряжение равно току, умноженному на сопротивление. Хорошие проводники имеют очень низкое сопротивление (доли Ом), а изоляторы - очень высокое сопротивление (миллиарды Ом).

Power and Energy

В повседневной речи слова power и energy являются более или менее синонимами. Но на более точном языке физики они имеют другое значение.

Энергия представляет собой полезный объем физической работы, которую можно выполнить. Например, требуется определенное количество энергии, чтобы поднять 40 фунтов продуктов на три лестничных пролета. Другой пример энергии - это когда вы хотите разогреть вещи. Чтобы нагреть кружку воды от комнатной температуры до точки кипения, требуется определенное количество энергии.

Энергия измеряется в джоулях . Чтобы почувствовать эту единицу энергии, требуется около 1700 джоулей, чтобы поднять 40 фунтов на три этажа (около 32 футов), и около 120000 джоулей, чтобы вскипятить кружку воды объемом 350 мл.

Мощность - это количество энергии в единицу времени. Он показывает, насколько быстро вы доставляете или используете энергию. Например, если один человек может нести 40 фунтов продуктов на три лестничных пролета в два раза быстрее, чем другой человек, мы говорим, что мышцы первого человека передают продукты в два раза больше энергии в течение половины времени.

Чтобы сделать различие более четким, разница между энергией и мощностью очень похожа на разницу между расстоянием и скоростью.Сила - это энергия, разделенная на время, точно так же, как скорость - это расстояние, разделенное на время. Самолет и велосипед могут путешествовать на расстояние 10 миль, но самолет добирается туда намного быстрее, двигаясь со скоростью 500 миль в час, по сравнению с велосипедом, движущимся со скоростью 15 миль в час.

Мощность измеряется в Вт . Ватт определяется как один джоуль в секунду. Например, если ваша микроволновая печь может вскипятить эту кружку воды за 2 минуты, ей потребуется не менее 120 000 джоулей, разделенных на 120 секунд = 1000 Вт мощности.

Взаимосвязь напряжения, тока и мощности

Теперь, когда мы рассмотрели все основные элементы, необходимые для понимания электричества, все становится более интересным. Давайте поговорим о связи между напряжением, током и мощностью. Например, вы можете спросить: если я использую свою микроволновую печь, и она потребляет 1000 Вт мощности, сколько тока проходит через микроволновую печь?

Оказывается, существует простая взаимосвязь: в любом электрическом устройстве, каким бы простым или сложным оно ни было, напряжение (в вольтах), умноженное на ток (в амперах), равно мощности (в ваттах).Жилая розетка в США обеспечивает 120 вольт. Зная, что 120 вольт, умноженные на неизвестный ток, равны 1000 ватт, мы можем разделить 1000 ватт на 120 вольт, чтобы найти, что величина тока составляет около 8,3 ампер.

Не трогай этот выключатель!

Давайте продолжим этот пример. Теперь, когда мы знаем, что микроволновая печь получает из розетки ток 8,3 А, мы можем задаться вопросом, сколько из этих микроволновых печей мы можем одновременно использовать в одной цепи.

Чтобы понять это, нам также нужно знать о выключателе, который защищает эту цепь. Если вы откроете блок автоматического выключателя, вы увидите множество таких переключателей:

Автоматические выключатели помогают защитить ваш дом и бытовую технику.

На каждом переключателе есть номер, например 15, 20 или 30 на фотографии выше. Это число является рекомендуемым максимальным током, который может безопасно выдержать каждая цепь в амперах. Если общий ток, используемый всеми устройствами, подключенными к этой цепи, намного превышает номинальное значение тока, автоматический выключатель «сработает» или автоматически отключит напряжение.

Если это произойдет, вы увидите, что переключатель переместится в центральное положение, на полпути между «ВКЛ.» И «ВЫКЛ.». Это отключает все электричество в этой цепи, чтобы защитить ваш дом от пожара, на случай, если что-то не так с электропроводкой в ​​вашем доме или возникнет опасная неисправность внутри одного из ваших приборов.

Предположим, рассматриваемая цепь защищена автоматическим выключателем на 20 А. Тогда вы можете безопасно управлять двумя микроволновыми печами одновременно (2 раза по 8,3 А = 16,6 А), но третья может вызвать срабатывание прерывателя (24.9 ампер). Будет раздражать, если все в этой части дома будет терять электроэнергию.

Сколько это стоит?

Обычно ваш ежемесячный счет за электричество делится на две части: фиксированная стоимость для покрытия накладных расходов коммунального предприятия и стоимость использования, привязанная к тому, сколько энергии вы использовали в этом месяце. В Соединенных Штатах типичная цена на электроэнергию для жилых домов составляет 0,12 доллара за киловатт-час.

Но что такое киловатт-час? В нем есть слово «ватт», так что это звучит как мощность, а не энергия, верно? Ну да, киловатт - это единица мощности, потому что это то же самое, что и 1000 ватт.Но киловатт-час - это количество энергии, которое вы потребляете, если вы запустите устройство на тысячу ватт в течение одного часа. Другой способ взглянуть на это: 1 киловатт-час равен 1000 ватт, умноженным на 3600 секунд (1 час), или 3600000 джоулей. Это много энергии за 12 центов! Это довольно выгодная сделка.

Итак, теперь вы можете оценить, сколько стоит запустить данное устройство. Для более крупных бытовых приборов, таких как микроволновые печи или холодильники, на задней панели обычно есть наклейка, на которой указано, какой ток потребляет устройство (амперы) или сколько энергии оно потребляет (ватты), или и то, и другое.Если он показывает вам только амперы, вы можете умножить его на 120 вольт, чтобы получить количество ватт.

Когда вы узнаете, сколько ватт использует прибор, разделите на 1000, чтобы получить киловатты, а затем умножьте это на количество часов, которое вы собираетесь использовать. Эта формула дает общее потребление энергии в киловатт-часах. Умножьте потребление энергии на местные затраты, чтобы получить стоимость эксплуатации устройства. В нашем гипотетическом случае микроволновой печи мощностью 1000 ватт она будет стоить около 0 долларов.12 в вашем счете за каждый час его использования.

А как насчет молнии?

Я обещал, что вернусь к объяснению того, как молния движется в воздухе, который, как я сказал, является изолятором. Помните, я сказал, что изолятор похож на стенки трубы? Что ж, у каждой трубы есть свои пределы. Если вы живете в достаточно холодном климате, вы наверняка хоть раз в жизни сталкивались с замерзшими трубами. Вода в трубах при замерзании расширяется. И если воде некуда бежать, это расширение создает такое большое давление, что трубы могут сломаться.

То же самое может случиться с изолятором, например, с воздухом. Во время грозы между стратосферой и землей могут возникать миллионы вольт давления. Когда напряжение между атмосферой и землей становится достаточно высоким, оно может оторвать электроны от молекул азота и кислорода в атмосфере и заставить их полететь.

Эти летающие электроны могут сталкиваться с электронами в других молекулах газа и сбивать их. В течение микросекунд происходит лавина электронов, движущихся с высокой скоростью по искривленному пути между небом и землей, перегревая воздух, превращая его в плазму с высокой проводимостью.

Раскаленная добела дуга воздуха внезапно имеет много свободных электронов, летящих с высокой скоростью, и, таким образом, очень хорошо проводит электричество в течение короткого времени, пока существует молния. Это позволяет протекать еще большему току. Сильный скачок тока быстро рассеивает накопившееся напряжение. Как только электрическое давление снимается, ток прекращается, воздух быстро охлаждается и снова становится изолятором.

Хорошее начало

Теперь у вас есть хорошее базовое понимание некоторых наиболее важных электрических концепций.Вы понимаете разницу между напряжением и током и разницу между мощностью и энергией. Вы можете рассчитать, сколько энергии потребляет прибор, исходя из тока, протекающего через него, или наоборот. И вы можете оценить стоимость использования прибора.

Если вам интересно узнать об электричестве и электронике, есть еще чему поучиться. Рассмотренные здесь темы должны помочь вам начать работу. Или, возможно, эта статья дала вам все, что вам нужно знать на данный момент. В любом случае, я надеюсь, вам понравилось путешествие, и даже больше, я надеюсь, что электричество теперь кажется немного менее загадочным.

Секция F: Ватты, вольт и амперы, о боже! - Энергетическое образование: концепции и практика

Мощность и время использования - это факторы, определяющие, сколько энергии используется электроприбором или частью оборудования. Мощность - это скорость использования энергии или выполнения работы в единицу времени. Электрическая мощность обычно измеряется в ваттах; следовательно, электрическую мощность часто называют мощностью. Чем выше мощность, тем большее количество электроэнергии потребляет электрический прибор или часть оборудования в течение определенного периода времени.Например, микроволновая печь мощностью 1200 Вт потребляет вдвое больше электроэнергии и производит вдвое больше тепла за одну минуту, чем микроволновая печь мощностью 600 Вт.

Однако прибор с более высокой мощностью не будет потреблять много энергии, если он используется всего несколько секунд, тогда как прибор с меньшей мощностью может потреблять много энергии, если он используется в течение нескольких часов. Например, микроволновая печь мощностью 1200 Вт, используемая всего 30 секунд, потребляет меньше энергии, чем микроволновая печь мощностью 600 Вт за полчаса.

Взаимосвязь между мощностью, временем использования и энергией, потребляемой прибором или частью оборудования, может быть выражена следующей формулой:

Мощность (мощность) x время = потребление энергии

Используя эту формулу, мы можем сравнить энергию, потребляемую электрическими приборами и оборудованием, чтобы определить, какие из них потребляют больше всего электроэнергии.

Мощность и другая электрическая информация часто указывается непосредственно на приборе или оборудовании.Например, этикетка на микроволновой печи может выглядеть так:
ACME, микроволновая печь
Модель № X-15Z
120 В переменного тока 5 A
600 Вт 60 Гц
Сделано в США

Информация на этикетке говорит нам, что для работы микроволновой печи требуется электричество 120 вольт в виде переменного тока (AC), а во время работы она потребляет ток 5 ампер (ампер).Число 60 Гц означает, что ток меняется со скоростью 60 раз в секунду. Мощность микроволновки 600 Вт.

Если напряжение и ток указаны на приборе, а мощность нет, мощность можно рассчитать, умножив напряжение на ток. Согласно информации на этикетке микроволновой печи, мощность равна Напряжение x Ток = Мощность .

120 вольт x 5 ампер = 600 ватт

Если микроволновая печь используется в среднем полчаса каждый день, среднее количество потребляемой энергии в день составляет

.

Мощность x Время = Энергопотребление

600 Вт x 0.5 часов в день = 300 ватт-часов в день

Вольт, Ампер и Ватт: что это такое?

Напряжение

Все источники электричества, такие как батареи или генераторы, могут работать (например, зажигать лампочки, запускать электрические приборы). Напряжение описывает этот потенциал. Чем выше напряжение, тем больше у источника электричества потенциала для работы.

Потенциал выполнения работы не следует путать с фактическим выполнением работы.Например, батарея, которая находится на столе, но ни к чему не подключена, имеет напряжение или возможность выполнять работу, например зажигать лампочку. Однако батарея не зажжет лампочку, если она не подключена к лампочке в электрической цепи. Только тогда аккумулятор действительно будет работать.

Единицей измерения напряжения является вольт. Один вольт определяется как выполнение одного джоуля (0,74 футо-фунта) работы для перемещения одного кулоновского (6,25 x 10 18 ) электронов.

Ток, вырабатываемый источниками электроэнергии, бывает двух основных форм: постоянного (DC) и переменного тока (AC). Постоянный ток - это ток, который течет в одном направлении по цепи. Он вырабатывается источниками электроэнергии, положительная (+) клемма всегда остается положительной, а отрицательная (-) клемма всегда остается отрицательной. Например, батарея производит постоянный ток, потому что клеммы батареи всегда остаются прежними; отрицательный вывод не меняется на положительный, и наоборот. Следовательно, ток всегда будет течь от отрицательной клеммы аккумулятора к положительной клемме.

Переменный ток - это ток, поток которого в цепи периодически меняет направление. Он вырабатывается источником электричества, положительный и отрицательный полюсы которого переключаются или чередуются взад и вперед. Другими словами, один вывод переключается с положительного на отрицательный и обратно на положительный, а другой вывод переключается с отрицательного на положительный на отрицательный. Переключение клемм с положительного на отрицательный приводит к тому, что ток течет в одном направлении, затем в обратном и обратно в исходное, и так далее.Электрические генераторы на электростанциях по всей территории Соединенных Штатов вырабатывают переменный ток, который меняет направление на обратное 60 раз в секунду. Единица, используемая для описания скорости, с которой изменяется ток, - это цикл в секунду, или герц (Гц).

Обычно мощность определяется как скорость выполнения работы или использования энергии в единицу времени. Электроэнергия конкретно относится к скорости, с которой источник электроэнергии производит энергию, или относится к скорости, с которой электрическое устройство, прибор или часть оборудования преобразует электрическую энергию в другие формы энергии.Чем быстрее источник электричества (например, генератор) вырабатывает электрическую энергию, тем больше его выходная мощность. Чем быстрее электрическое устройство (например, электрическая лампочка) преобразует электрическую энергию в световую и тепловую, тем больше его потребляемая мощность. Электрическая мощность связана с напряжением и током по следующей формуле: Мощность = Напряжение x Ток

Единицей измерения электрической мощности является ватт. Один Вт определяется как один джоуль (0,74 фут-фунта) в секунду или один вольт, умноженный на один ампер.Поскольку ваттная единица используется очень часто, электрическую мощность часто называют мощностью.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *