Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Ситуация резко меняется, когда включается мощный электродвигатель или конденсатор. Такие нагрузки образуют колебательный контур, который обменивается энергией с источником питания. Единственной полезной функцией в этом случае является активный компонент (Ract). Он рассчитывается следующим образом:

Классическая относится к работе, затраченной на перемещение груза из точки F1 в точку F2. Мощность – это количество потребляемой энергии. Эта величина определяется не только расстоянием. Параметры нагрузки имеют определенное значение.

Для практических расчетов неудобно использовать базовое определение. Следующие формулы помогут вам определить потребляемую мощность, используя стандартные параметры мощности и технические паспорта подключенных устройств. Если эта информация отсутствует в сопроводительной документации, необходимые данные можно получить на официальном сайте производителя или путем специальных измерений.

Содержание

Электрический ток через напряжение и ток

Поскольку разность потенциалов (F1-F2) соответствует напряжению (U), нетрудно сделать вывод, что к ней применимы коэффициенты, определяемые законом Ома. Мощность (P) также характеризуется силой тока (I) в данной цепи. Результирующее выражение:

Обозначение мощности в международной системе СИ – ватт (Вт). Для малых и больших значений префиксы используются как кратные: “милли-“, “микро-“, “мега-” и другие. Нетрудно заметить, как выражается власть:

5 800 ватт = 5,8 киловатт = 5,8 кВт.

Электрический ток через напряжение и сопротивление

По аналогии с предыдущими рассуждениями, эту мощность можно выразить следующим образом:

Что такое сила электрического тока через ток и сопротивление

Используя простые преобразования, потребляемая мощность определяется следующим образом:

В этом и предыдущем разделе показана зависимость потребляемой мощности от номинала подключенного резистора. При рассмотрении полной цепи учитывается внутреннее сопротивление источника и проводимость соединений.

Использование современных микропроцессорных электроизмерительных преобразователей позволяет более точно оценить энергию, возвращаемую индуктивными и емкостными нагрузками в сеть переменного тока.

Источник питания постоянного тока

Поскольку значения тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, мощность можно рассчитать по формуле:

Для пассивной линейной цепи, в которой действует закон Ома, мы можем написать

$P = I^2 ^cdot R = ^frac<U^2><R>,$ где R – электрическое сопротивление.

Если цепь содержит источник ЭДС, то подводимая или поглощаемая им электрическая мощность равна:

P = I ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗.

где

– ЭМП.

Если ток внутри ЭМП противоположен градиенту потенциала (течет внутри ЭМП от плюса к минусу), энергия поглощается источником ЭМП из сети (например, при работе электродвигателя или зарядке аккумулятора); если противоположен (течет внутри ЭМП от минуса к плюсу), она отдается обратно в сеть (например, при работе гальванической батареи или генератора). Учитывая внутреннее сопротивление источника ЭМП, излучаемая им мощность прибавляется к поглощенной или вычитается из отдаваемой мощности.

В случае с электродвигателем внутри него находится медная индукционная обмотка, которая создает эффект самоиндукции. Этот эффект вызывает частичный возврат энергии в сеть. Возвращенная энергия характеризуется небольшим смещением напряжения и тока, что оказывает негативное влияние на сеть в виде дополнительной перегрузки.

От чего зависит эффективность тока

Выходная мощность различных приборов и оборудования зависит одновременно от двух основных величин: тока и напряжения. Чем больше ток, тем выше значение мощности; поэтому с увеличением напряжения увеличивается и мощность. Если напряжение и сила тока увеличиваются одновременно, то мощность электрического тока увеличивается как произведение обеих мощностей: N = I x U.

Очень распространенный вопрос – как измеряется сила тока? Основной единицей измерения является 1 ватт (Вт). Таким образом, 1 ватт – это мощность устройства, потребляющего ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт. Это та же мощность, что и у лампочки, например, обычного карманного фонаря.

Рассчитанная мощность помогает определить точное количество использованной электроэнергии. Для этого берется произведение мощности и времени. Сама формула выглядит следующим образом: W = IUt, где W – потребление электроэнергии, произведение IU – мощность, а t – отработанное время. Например, чем дольше работает электродвигатель, тем больше работы он выполняет. Соответственно увеличивается потребление электроэнергии.

Для того чтобы доставить электроэнергию от электростанции до конечного потребителя, необходимо выполнить определенную работу. Трансформатор используется для создания необходимого напряжения, т.е. для обеспечения работы электрического тока, который перемещает нагрузку. Это устройство вызывает увеличение значения напряжения. В результате ток высокого напряжения, иногда до 10 000 вольт, протекает по высоковольтным проводам. Достигнув места назначения, он попадает в трансформатор, который снижает напряжение до промышленных или бытовых значений. Затем ток подается на фабрики, в квартиры и дома.

Сила электричества. Типы и эксплуатация. Характеристики

Мощность электрического тока – это количество работы, совершаемой за определенный промежуток времени. Поскольку работа является мерой изменения энергии, мощность можно описать как характеристику скорости передачи или преобразования электроэнергии. Электроэнергия – это свойство человека, как в быту, так и в промышленности, где используются электрические приборы. Каждый из них потребляет электроэнергию, поэтому при их использовании всегда следует учитывать мощность этих устройств, включая их технические характеристики.

Мощность электроприбора имеет большое значение, поскольку она используется не только для расчета электрических проводов, выключателей и предохранителей, но и для других целей. Чем выше мощность электроприбора, тем меньше время, за которое он сможет выполнить необходимую работу. Если сравнить электроплиту, тепловую пушку или электрический камин, то все они имеют разную мощность. Это означает, что они будут нагревать определенную область за совершенно разное время.

Мощность электрического тока также можно рассчитать по формуле:

P=A/tкоторая описывает силу электрического тока, т.е. работу, совершаемую током при перемещении заряда за определенное время.

Здесь A – это работа, t – время, в течение которого была выполнена работа.

Мощность может быть двух типов: реактивная и активная.

В случае активной энергии сила электрического тока преобразуется в движение, тепло, свет и другие формы энергии. Это преобразование тока в эти формы не может быть обращено вспять. Активная мощность измеряется в ваттах. Один ватт равен одному вольту, умноженному на один ампер. В бытовых и промышленных приложениях используются значения порядка величины: от мегаватт до киловатт.

Реактивная мощность – это электрическая нагрузка, создаваемая в оборудовании емкостными и/или индуктивными нагрузками.

В случае переменного тока он характеризуется формулой:

Q=UIsinφ .

Здесь синус φ выражается сдвигом фаз, возникающим между падением напряжения и протекающим током. Значение угла может составлять от 0 до 90 градусов или от 0 до -90 градусов.

Параметр Q характеризует реактивную мощность и может быть измерена в вольт-амперах. Используя приведенную выше формулу, можно быстро определить мощность электрического тока.

Значения реактивной и активной мощности можно показать на популярном примере: Прибор может иметь оба нагревательных элемента: электродвигатель и нагревательный элемент. Нагревательные элементы изготавливаются из материала с высоким сопротивлением, поэтому при прохождении через них тока электрическая энергия преобразуется в тепловую. В этом случае активная мощность электрического тока характеризуется достаточно точно. В случае с электродвигателем внутри него находится медная обмотка, которая по своей природе является индуктивной, и она также имеет тенденцию к эффекту самоиндукции.

Эффект самоиндукции позволяет подавать электроэнергию непосредственно в сеть. Эта энергия может характеризоваться определенным смещением электрического тока и напряжения, что приводит к нежелательному воздействию на сеть в виде определенной перегрузки. Конденсаторы также демонстрируют подобные характеристики благодаря собственной емкости, когда весь накопленный заряд отдается обратно.

В этом случае ток и напряжение смещаются, но в противоположном направлении. Энергия индуктивности и емкости, сдвинутая по фазе относительно параметров сети, называется реактивной мощностью. Это эффект, противоположный сдвигу фаз, который позволяет компенсировать реактивную мощность. Это повышает качество и эффективность электроснабжения.

Полная мощность электрического тока характеризуется величиной, которая соответствует произведению тока и напряжения и связана с активной и реактивной мощностью следующим уравнением:

S=˅P2+Q2

Где S – полная мощность, рассчитываемая как произведение квадратов активной и реактивной мощности.

Для простоты активная мощность – это везде, где есть активная нагрузка, например, спиральные нагреватели, сопротивление кабеля и тому подобное. Реактивная мощность присутствует везде, где есть пассивные нагрузки, например, индуктивные нагрузки и емкости, такие как конденсаторы.

Принцип работы

Когда заряд движется по проводнику, электромагнитное поле совершает над ним работу. Эта работа характеризуется напряжением. Заряды направляются в сторону уменьшения потенциала, но для поддержания этого процесса необходим какой-то источник энергии. Напряжение по своей величине соответствует работе поля, необходимой для перемещения одного кулоновского заряда в данной области. По мере движения заряда происходят явления, при которых электричество может принимать другие формы энергии.

Для доставки электроэнергии от электростанции до конечного потребителя требуется определенная работа. Трансформатор используется для получения необходимого напряжения, т.е. для того, чтобы электрический ток мог работать для перемещения заряда. Это устройство вызывает увеличение значения напряжения. В результате ток высокого напряжения, иногда до 10 000 вольт, протекает по высоковольтным проводам. Достигнув места назначения, она поступает в трансформатор, который снижает напряжение до промышленных или бытовых значений. Затем ток передается на заводы, в квартиры и дома.

Приложение

Одним из основных компонентов электрической цепи является потребитель электроэнергии. Именно потребители электроэнергии преобразуют электрическую энергию в другие формы энергии:

Механика: электродвигатели и магниты.
Тепло: Сварочные аппараты, электрические плиты, хлебные печи, керамические печи и т.д;
Свет: лампочки, светодиоды, неоновые лампы и так далее.
Химический: Гальванические ванны и т.д.

Эти преобразования возможны только в том случае, если ток проходит через достаточный уровень сопротивления. Другими словами, при движении зарядов по проводнику происходит потеря энергии, что как раз и связано с наличием сопротивления. Если мы посмотрим на атомный уровень, электроны сталкиваются с ионами в кристаллической решетке. Это приводит к возбуждению и тепловым движениям, в результате чего происходит потеря энергии.

Характеристики

Сила электрического тока влияет на то, насколько быстро устройство может выполнить работу, т.е. за определенный промежуток времени. Например, дорогой радиатор с вдвое большей мощностью нагреет комнату быстрее, чем два дешевых радиатора с вдвое меньшей мощностью. Поэтому выгоднее приобрести прибор с большей мощностью, чтобы быстрее обогреть холодное помещение. В то же время, однако, такое устройство будет потреблять гораздо больше энергии, чем его более дешевый аналог.

При выборе проводки для прокладки в доме учитывается также потребляемая мощность всех электроприборов в доме. Если этого не учесть и подключить слишком много приборов, это приведет к перегрузке электросети. Проводка не сможет выдержать электрический ток всех приборов, что приведет к расплавлению изоляции, короткому замыканию и самовозгоранию проводки. Это может привести к пожару, который может иметь необратимые последствия.

Поэтому важно знать номиналы электрооборудования, чтобы правильно выбрать сечение и материал кабелей, иначе нельзя будет одновременно подключать к сети мощное оборудование.

Следующие рисунки являются примером:

Сетевому маршрутизатору требуется мощность 10-20 Вт.
Бытовой сварочный аппарат потребляет 1500-5500 Вт.
Потребляемая мощность стиральной машины составляет 350-2000 Вт.
Электрическая плита потребляет мощность 1000-2000 Вт.
Бытовой холодильник потребляет мощность 15-700 Вт.
Энергопотребление ЖК-монитора составляет от 2 до 40 Вт.
ЭЛТ-монитор потребляет 15-200 Вт.
Системный блок ПК потребляет 100-1200 Вт.
Потребляемая мощность электрического пылесоса составляет 100-3000 Вт.
Бытовая лампа накаливания – 25-200 Вт.
Электрический утюг – 300-2000 Вт.

Интересные особенности

Благодаря Джеймсу Уатту мощность электричества измерялась в лошадиных силах. Однако в конце XIX века было решено назвать электростанцию именем Уатта в память о знаменитом ученом и изобретателе. В те времена впервые единица измерения была названа в честь ученого. Именно с этого времени началась традиция называть единицы измерения в честь ученых.

Мощность тока молнии составляет порядка одного тераватта и преобразуется в световую и тепловую энергию. Температура внутри молнии составляет 25 000 градусов. Молния может ударить в одно и то же место. По статистике, мужчины поражаются молнией примерно в 5 раз чаще, чем женщины.

Треугольник власти

Электрическая мощность в цепи переменного тока

В цепи переменного тока есть полезная мощность, неполезная мощность и их сумма. В электричестве эти электрические силы называются следующим образом: кажущаяся мощность, активная мощность, реактивная мощность.

Я предлагаю вам посмотреть следующий видеоролик, в котором объясняется суть компонентов питания:

Давайте рассчитаем компоненты общей мощности:

Треугольник власти

Все ли знакомы с теоремой Пифагора? В правильном треугольнике квадрат антипараллели равен сумме квадратов катетов:

Теорема Пифагора

Давайте теперь применим это к нашему прямому треугольнику:

Формула для целочисленной мощностиТогда формула (1) примет вид:

Мощность электрического тока

Обычно электрический ток сравнивают с жидкостью, протекающей через трубку, а напряжение или разность потенциалов сравнивают с разностью уровней жидкости.

В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет в себе определенное количество энергии. В условиях свободного падения эта энергия бесполезно растрачивается человеком. Если падающий поток воды направить на лопасти турбины, турбина вращается и может производить полезную работу.

Работа, производимая потоком воды за определенный период времени, например, за одну секунду, будет тем больше, чем больше высота, с которой он падает, и чем больше масса падающей воды.

Аналогично, электрический ток, протекающий по цепи от более высокого потенциала к более низкому, совершает работу. Тем больше работы будет совершаться каждую секунду, чем больше разность потенциалов и чем больше количество электричества, протекающего через поперечное сечение цепи каждую секунду.

Сила электрического тока это количество работы за секунду времени, или скорость, с которой совершается работа.

Количество электрической энергии, проходящей через поперечное сечение цепи за одну секунду, есть не что иное, как сила тока в цепи. Поэтому мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжения) и тока в цепи.

Для измерения мощности электрического тока используется единица измерения, называемая ватт (W).

Ток силой 1 А при разности потенциалов 1 В имеет мощность 1 Вт.

Чтобы рассчитать мощность постоянного тока в ваттах, умножьте силу тока в амперах на напряжение в вольтах.

Если мы определим силу электрического тока как P, то вышеприведенное правило можно записать в виде следующей формулы

P = I*U. (1)

Давайте воспользуемся этой формулой для решения числового примера. Определите, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала составляет 4 В, а ток накала – 75 мА.

Определите мощность электрического тока, поглощаемого нитью лампы:

P = 0,075 A*4 V = 0,3 W.

Мощность электрического тока можно рассчитать и другим способом. Предположим, что нам известны ток в цепи и сопротивление цепи, но напряжение неизвестно.

В этом случае мы будем использовать известное соотношение из закона Ома:

U=IR

и подставить правую часть этого уравнения (IR) в уравнение (1) вместо напряжения U.

Тогда уравнение (1) примет вид:

P = I*U =I*IR

P = I 2 *R. (2)

Например, вы хотите узнать, сколько энергии теряется в реостате с сопротивлением 5 Ом, если через него протекает ток 0,5 А. Используя формулу (2), найдите:

P= I 2 *R = (0,5) 2 *5 = 0,25*5 = 1,25 ДЮЙМА.

Наконец, мощность электрического тока также можно рассчитать, если напряжение и сопротивление известны, а сила тока неизвестна. Для этого вместо тока I в формулу (1) подставляем известное из закона Ома отношение U/R, и тогда формула (1) принимает следующий вид:

P = I*U=U 2 /R (3)

Например, при падении напряжения 2,5 В на реостате с сопротивлением 5 Ом, мощность, поглощаемая реостатом, будет равна:

P = U 2 /R = (2,5) 2 /5 = 1,25 W

Итак, чтобы рассчитать мощность, необходимо знать любые две величины, входящие в формулу закона Ома.

Мощность электрического тока равна работе электрического тока, произведенной за одну секунду.

P = A/t

ПОНРАВИЛАСЬ ЛИ ВАМ ЭТА СТАТЬЯ? ПОДЕЛИТЕСЬ ИМ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Читайте далее: