Формула электроэнергия: определение величины и выражения для расчёта энергии, единицы измерения

определение величины и выражения для расчёта энергии, единицы измерения

Электрическая мощность — это одна из главных физических величин, характеризующаяся преобразованием и передачей энергии. Её понятие непосредственно связывается с током и напряжением в сети. Этот параметр важен и учитывается не только при разработке электротехнического оборудования, но и при построении электрических цепей. Для определения её величины используется формула мощности, по которой выполнить расчёт совершенно несложно.

Суть понятия

При протекании через проводник электрического тока вокруг него возникает электромагнитное поле. Образуется оно из-за движущихся элементарных частиц, обладающих зарядом. Магнитное поле считается основным признаком присутствия электрического. При изменении одного происходит изменение и другого. Если ток в проводнике пропадёт, то электромагнитное поле всё равно никуда не исчезнет, разве что потеряет свою интенсивность.

Основоположником теории поля стал английский физик Джеймс Клерк Максвелл.

Именно он доказал связь между этими двумя явлениями, описав их в своей работе, изданной в 1857 году. Учёный обосновал, что электрическое поле не может отдельно существовать от магнитного. Величина этих полей связана с энергией, заключённой в них. Она постоянно передаётся из одной формы в другую, но при этом не исчезает.

Электромагнитное поле распространяется в виде излучения, или как выражаются учёные — пространственного возмущения. Это испускание свободно распространяется в любой физической среде. Характеризуется оно частотой, длиной и поляризацией (направлением) волны. А также одним из параметров излучения является количество энергии, переносимой волной (интенсивность).

Численно интенсивность определяется как усреднённый период колебания волны, пронизывающей площадку, расположенную перпендикулярно ей. При этом она связана с плотностью энергии и скоростью распространения волны. Поток электромагнитной энергии находится с учётом вектора Пойтинга, который принимает во внимание плотность, интенсивность и напряжённость поля.

То есть математически, интенсивность описывается выражением: I (t) = 1/T ∫ {s (t)} dt, где S (t) — вектор Пойтинга. В простом понимании её смысл заключается в том, что количественная составляющая электроэнергии изменяется во времени, при этом скорость изменения зависит от напряжённости электрического поля и магнитной индукции.

Для обозначения именно электрической составляющей электромагнитного поля было введено понятие электрическая мощность. Под ней понимают физическую величину, характеризующую передачу или преобразование электрической энергии.

Физическое определение

Основной характеристикой любого электрического прибора является мощность. Передача электричества от источника питания к нагрузке сопровождается преобразованием энергии из одного вида в другую. Выработанное электричество передаётся по электрической цепи (например, линии передачи) при этом происходит её частичное рассеивание.

Другими словами, часть электричества превращается в иную энергию: тепловую, световую, механическую.

Это преобразование характеризуется интенсивностью, обозначающей, какое её количество перейдёт в другой вид за единицу времени. Интенсивность, с которой происходит трансформирование, и называют мощностью.

Согласно Международной системе единиц (СИ) измеряется мощность тока в ваттах. Сокращённое его обозначение в русском языке имеет вид — Вт, а в международном — W. В технической литературе саму величину обозначают с помощью латинской буквы P.

Математическое определение, соответствующее сказанному, выглядит как P = dW / dt, то есть характеризует изменение энергии во времени. Будь то генерируемая источниками мощность или передающаяся по линиям электропередач, она имеет одинаковый физический смысл. Её значение рассчитывается в зависимости от формы сигнала, то есть постоянных и переменных составляющих.

Так как её изменение происходит во времени, то для удобства понимания процесса были введены понятия мгновенных значений. С их помощью можно провести вычисление энергии для любой точки во времени.

Мгновенные величины

Под мгновенной мощностью понимается величина энергии, соответствующая произведению значений разности потенциалов и силы тока на определённом участке цепи. Любое твёрдое физическое тело состоит из кристаллической решётки, в составе которой находятся носители заряда — электроны. Их мерой является кулон. Они могут быть как свободными, так и прикреплёнными к атомам. Свободные частички хаотично перемещаются в теле, компенсируя энергию своего движения различным направлением по отношению друг к другу.

Если же к телу, обладающему свободными электронами, приложить электромагнитное поле, то их движение станет упорядоченным. Такое их перемещение называется силой тока. Определяется ток отношением количества зарядов, прошедших через проводник, с единичным поперечным сечением за единицу времени: I = dQ/dT. Величиной его измерения считается ампер.

Чтобы переместить заряд в проводнике, необходимо затратить работу, которая называется напряжением. То есть это физическая величина, соответствующая затраченной энергии для передвижения заряда из одной точки в другую. Отличие значений энергий в этих точках называется разностью потенциалов. Измеряется напряжение в вольтах. А его значение может быть вычислено по формуле: U = A/q.

При перемещении в теле проводника электроны сталкиваются с различными примесями и дефектами кристаллической решётки. В результате их часть заряда передаётся этим структурам, то есть фактически происходит отбор мощности. Забранная энергия частично преобразуется в тепло и свет. Количество тех или иных флуктуаций (неоднородностей) на пути прохождения тока было названо сопротивлением, величиной обратной проводимости. В соответствии с СИ обозначается она буквой R, а измеряется в омах.

Мгновенная зависимость всех трёх величин между собой была установлена физиком-экспериментатором Симоном Омом. Согласно его закону, сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов и обратно пропорциональна сопротивлению на участке цепи.

То есть равна: I = U/R.

Формула для общего случая

Так как напряжение — это работа, то, умножив её на количество перенесённых зарядов, получится энергия, затраченная для перемещения частиц от одного края проводника к другому. Энергия, в общем понимании, это работа за единицу времени. Поэтому можно записать следующее выражение Pab = A/dt, где:

• dt — интервал времени, за который все свободные заряды были перенесены;
• A — непосредственно сама работа.

Формулу мощности тока для одного заряда можно записать P = U/dt, а исходя из неё для всех зарядов как Pab = q*U/dt, где q — количество зарядов прошедших из одной точки (a) в другую (b) за промежуток времени dt.

Исходя из определения, данного силе тока, она практически является зарядом. В случае изменения во времени ток можно описать выражением I = q/dt. Тогда, исходя из этой формулы, верным будет утверждение, что q = I*dt. Если подставить полученную формулу вместо q в выражение, описывающее мощность, получится Pab = U* (I*dt/dt) = U*I.

Если время изменения бесконечно мало, то можно принять, что напряжение и ток практически не изменяются. В результате мгновенная электрическая мощность будет равна P (t) = u (t)*i (t). Как видно из формулы, значение мощности для любой точки времени будет прямо пропорционально мгновенным значениям тока и разности потенциалов. При этом если цепь неидеальная, то она содержит определённое сопротивление. Используя закон Ома для участка цепи, формулу для нахождения мгновенной мощности можно переписать в виде P (t) = i (t)

2*R = u (t)²/R.

Мощность одновременно связана сразу с несколькими величинами и соответствует полной работе, затрачиваемой на перемещение некоторого количества кулонов за единицу времени (одну секунду). Из определения следует, что одно и то же значение мощности можно получить разными способами, например, уменьшая силу тока, но увеличивая напряжение.

Такой подход и используется при передаче энергии на большие расстояния. Для этого применяются трансформаторы, понижающие и повышающие ток.

Виды электрической мощности

Существующую в природе электрическую мощность делят на два вида: активную и реактивную. Первая характеризуется таким превращением, которое происходит безвозвратно. То есть электрическая энергия трансформируется в тепло, свет, кинематику и другие виды. Такое преобразование считается полезным, так как оно идёт на обогрев, приготовление еды, освещение помещений, превращается в механическую силу, например, работа дрели, насоса и тому подобное.

Реактивная же мощность связывается с потерями энергии, то есть с той частью, которая не выполняет полезную работу. Возникает она из-за индуктивной или ёмкостной составляющих электрической цепи. Эти параметры характеризуются сопротивлением, зависящим от частоты сигнала. Поэтому для электроцепей с постоянным током понятие реактивной мощности не применяется.

В цепи же переменного тока наблюдается сдвиг сигналов напряжения и тока относительно друг друга. Обозначается он греческой буквой φ (фи). Причём если преобладает ёмкостная составляющая, то ток опережает напряжение, а когда индуктивная, то наоборот.

Присутствие ёмкостного и индуктивного сопротивления считается паразитным, так как на нём происходит бесполезное нагревание (потеря энергии). Но, кроме сопротивления, эти паразитные величины обладают способностью накапливать мощность, конденсатор — электрическую, а индуктивность — магнитную. Как только эта энергия достигнет максимально возможного значения, они начинают отдавать её в цепь. Для учёта величины реактивной мощности вводится понятие sin φ.

Поэтому полная формула мощности для электрического тока переменного сигнала складывается из двух составляющих и находится из выражения S = (P²+Q²)^½, где:

• P — активная составляющая, Вт. P = U * I cos φ;
• Q — реактивная часть, ВА (вольт-амперы). Q = U * I * sin φ.

При этом sin φ и cos φ являются коэффициентами мощности переменного сигнала. Типичным примером источника активной мощности является нагреватель. Он делается из материала с высоким внутренним сопротивлением току, поэтому сигнал, проходя через него, преобразовывает свою электрическую энергию полностью в тепловую. В качестве же устройств, обладающих реактивной мощностью, можно привести приборы содержащие трансформаторы, например, перфоратор, холодильник.

Реактивный коэффициент

По-другому он называется коэффициентом мощности и является безразмерной величиной, вводимой для вычисления реактивной составляющей. Говоря научным языком, он показывает, насколько сдвигается фаза переменного тока, протекающего через нагрузку, от возникшего на ней напряжения. Численно он принимается равным косинусу сдвига. Математически это сдвиг интерпретируется как косинус угла между векторными значениями тока и напряжения.

Простыми же словами, коэффициент мощности, обозначаемый φ, указывает на ту часть расходуемой электроэнергии, которая преобразуется в полезную работу. Например, при cos φ = 0,9 девяносто процентов от полной энергии уйдёт на совершение полезного действия, а остальные десять будут считаться потерями. Поэтому если в паспорте на какой-либо прибор указано, что мощность изделия составляет 500 Вт, а cos φ = 0,5, то полный расход его энергии будет составлять 500/0,5 = 250 ВА.

То есть коэффициент φ находится из отношения потребляемой устройством энергии к значению полной мощности. Нередко в паспорте оборудования указывается и составляющая φ (характер нагрузки). Она может быть резистивно-ёмкостной или резистивно-индуктивной. При этом сам коэффициент соответственно является опережающим или отстающим.

Если же напряжение в цепи изменяется по синусоидальному закону, а ток по несинусоидальному, то нагрузка никакой реактивной составляющей иметь не будет, а коэффициент принимается равным главной волне (первой гармонике). Под несинусоидальными понимаются искажения электрического сигнала, связанные с гармониками, преобладающими над основной частотой.

В математике формулой для нахождения коэффициента мощности является выражение: cos φ= P/S. Поэтому чем больше его значение, тем меньше потребляет устройство энергию из сети. Существуют различные способы поднятия значения cos φ, даже до максимального значения, равного единице, называемые коррекцией. Наиболее эффективным является добавление в схему сложного электронного узла, размещаемого на входе устройства.

Цепь переменного тока

В цепи переменного сигнала напряжение и ток описываются с помощью следующих формул: U = Um*sin w*t и I = Im**sin w*, где: Um и Im — мгновенные значения величин (измеренные в определённое значение времени), а w — циклическая частота. Подставляя эти формулы в выражение для нахождения мощности, можно получить следующее: P = Um*Im *sin²w*t = U*I — U*I *cos²w*t, где U*I = Um*Im/2.

Исходя из полученного выражения, видно, что активная мощность состоит из двух частей — постоянной U*I и переменной U*I *cos²w*t, при этом среднее её значение находится как P = I*U. В электрической цепи, содержащей реактивную составляющую (например, индуктивность), значение мгновенной мощности будет вычисляться по формуле: q = u*i. Соответственно: u = Um *sinw*t и i = Im*sin (w*t — p/2) = -Im*cosw*t.

Подставив эти выражения в главную формулу можно получить следующее реактивное обозначение мощности Q = Um*Im*sinw*t*cosw*t = Um*Im*sin2w*t/2 = U*I *sin2w*t. Проанализировав это математическое определение, можно установить, что реактивная энергия состоит только из переменной части, которая изменяется с удвоенной частотой, при этом её среднее значение равно нулю.

Так как полная мощность равна сумме активной и реактивной энергий, то с учётом фазового сдвига для цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление R и реактивное L, C, она будет равна: S = u*i = Um*Im*sin w*t*sin (w*t- φ). Раскрыв скобки и заменив мгновенные величины на действующие, получится: S =U*I*cos φ — U*I*cosφ*cos2w*t-U*i*sinφ*sin2w*t. Полная мощность состоит из сумм мгновенной активной мощности P = U*I*cosφ — U*I*cosφ*cos2w*t и мгновенной реактивной Q = -U*i*sinφ*sin2w*t. Отрицательное значение возникает из-за сдвига фаз, приводящего в определённый момент времени к противофазе. Итоговые же значения для цепи переменного тока будут равны P = U*I*cosφ и Q = U*I*sinφ.

В электротехнике существует такое понятие, как треугольник мощности. Представляет он собой прямоугольную геометрическую фигуру, катетами которой являются Q и P, а гипотенузой S. Угол между катетом и гипотенузой обозначается φ. Исходя из того, мощность равна:

• активная — P = Z*I2;
• реактивная — Q = X*I2;
• полная — S = R*I.

Применив теорему Пифагора, получится формула для нахождения полной мощности S = (P 2 + Q 2)½.

Измерение электрической энергии

Исходя из выражения P= U*I можно сделать вывод, что энергию можно измерить с помощью приборов, предназначенных для замера напряжения и тока. Понадобится, используя амперметр и вольтметр, получить данные, а после, подставив их в формулу, рассчитать значение мощности. Суть измерения заключается в том, что одновременно в цепь параллельно подключается вольтметр, а в разрыв цепи амперметр. Такой метод называется косвенным, а использование двух приборов снижает точность полученного результата.

Поэтому были разработаны специальные тестеры, предназначенные для прямого измерения энергии — ваттметры. Такого рода измерители могут использоваться в однофазных цепях как постоянного, так и переменного тока. Но при этом ваттметры разделяются на две категории:

1. Цифровые — в основе их схемотехники используется микропроцессорный блок, анализирующий полученный сигнал и по сложным алгоритмам вычисляющий результат, который выводится на экран прибора в цифровом виде. Их погрешность измерения составляет не более 0,1.
2. Аналоговые — использующие в работе электродинамические и ферродинамические измерительные головки. Выполняются они в виде катушек, отклоняющих стрелку. Шкала отклонения проградуирована в ваттах. В зависимости от влияния поля, стрелка отклоняется на измеренную величину. Первого типа устройства имеют класс точности около 0,1−0,5, а второго — 1,5−2.

Аналоговые приборы практически уже мало где используются, в основном для нахождения мощности устройств, подключённых к промышленной сети с частотой 50 Гц. На постоянном токе их результаты посредственные, так как на измерительные катушки влияет гистерезис сердечников (эффект насыщения).

Отдельную подгруппу тестеров составляют варметры. Это специальные измерители, предназначенные для вычисления реактивной мощности. А также для косвенного метода используется электроизмерительный прибор, получивший название фазометр. С помощью его можно найти угол сдвига фаз сигнала, то есть фактически определить коэффициент мощности.

Пример расчёта

Необходимо рассчитать параметр двигателя, подключённого к трёхфазной сети. Номинальное напряжение его работы (Uн) составляет 0,25 кВ. Паспортная мощность (Pн) равняется 5 кВт, а коэффициент мощности (cos φ) 0,6. КПД двигателя (ηн) 0,93.

Полная расчётная мощность определяется по формуле: S = Pн/cosφ* ηн. Если подставить в неё исходные значения, то получится: S = 5/0,6*0,93 = 8,9 кВ*А. Активная энергия P находится с помощью выражения P = Pн/ ηн и равна 5,37 кВт. При желании можно вычислить и ток. Для трёхфазной сети он будет: I = S / *Uн = 8,9/ *0,25 = 20,6 А.

Таким образом, мощность в цепи постоянного тока может быть только активной, зависящей от тока и напряжения. Но для цепи изменяемого тока она складывается из двух частей — активной и реактивной. Причём активная энергия характеризуется полезной работой, а реактивная — паразитной, снижающей КПД.

Энергия и мощность электрического тока — Студопедия

а) Энергия электрического тока.

Для создания электрического тока в цепи источник должен обладать необходимой энергией.

Величина этой энергии определяется по формуле:

или

Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч

U – напряжение на зажимах цепи, В.

I – сила тока, А.

R – сопротивление цепи, Ом.

t – время протекания тока, час.

б) мощность электрического тока

Различные источники электрической энергии могут за один и тот же промежуток времени выдавать различное количество электрической энергии.

Способность источника выдавать в единицу времени определенное количество электрической энергии, а потребитель, соответственно, – потреблять эту энергию характеризуется мощностью источника (потребителя).

Значение мощности электрического тока определяется из выражения:

или

Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч

t — время работы источника (потребителя), час.

Р – мощность источника (потребителя), Вт.

U – напряжение, В

I – сила тока, А.

R – сопротивление цепи, Ом.

Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.

Она определяется по формуле:

где: Pобщ — полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, Вт;

Е — э. д. с. источника, В;

I — величина тока в цепи, А.

В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R₀ (сопротивлением источника тока).

Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим

Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью Pпол=UI

Величина U_oI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, её называют мощностью потерь P_o = U_oI.

Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь

P_общ = P_пол + P_о

в) Коэффициент полезного действия электрической цепи

Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η

Из определения следует:

При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.

 

Рис.13.1 Энергетическая диаграмма электрической цепи

Рассмотрим элементарную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС с внутренним сопротивлением r, и внешним сопротивлением R

 

Рис.13.2. Схема электрической цепи

КПД определяется как отношение полезной мощности к затраченной:

или

Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.

Электричество — Основные формулы

1. Электростатика

1.1 Закон Кулона

q₁, q₂ — величины точечных зарядов,
r — расстояние между зарядами.

1.2 Напряженность поля уединенного точечного заряда

q — величина уединенного точечного заряда,
r — расстояние от заряда.

1.3 Потенциал точки в поле точечного заряда

q — величина уединенного точечного заряда,
r — расстояние от заряда.

1.4 Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле

φ — потенциал,
q₁ — величина заряда.

1.5 Потенциальная энергия заряда q₁ в поле точечного заряда

q — величина уединенного точечного заряда, который создает поле,
r — расстояние между зарядами.

1.6 Теорема Гаусса

N — поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность,
q — полный заряд, находящийся внутри замкнутой поверхности.

1.7 Напряженность электрического поля вблизи от поверхности проводника

σ — поверхностная плотность заряда.

1.8 Емкость плоского кондесатора

q — заряд конденсатора,
U — модуль разности потенциалов между обкладками.

1.9 Энергия плоского кондесатора

q — заряд конденсатора,
U — модуль разности потенциалов между обкладками.

2. Постоянный электрический ток

2.1 Закон Ома для участка однородной цепи

U — напряжение на концах участка,
R — сопротивление участка цепи.

2.2 Закон Ома для замкнутой цепи с источником тока

 — ЭДС (электродвижущая сила),
r — внутреннее сопротивление источника ЭДС.

2.3 Работа постоянного тока

U — напряжение на концах участка цепи,
t — время, за которое совершается работа.

2.4 Закон Джоуля-Ленца

Q — теплота,
R — сопротивление проводника,
t — время, за которое выделяется теплота.

2.5 Полная мощность, развиваемая источником тока

 — ЭДС источника тока,
R — сопротивление цепи,
r — внутреннее сопротивление источника тока.

2.6 Полезная мощность

 — ЭДС источника тока,
R — сопротивление цепи,
r — внутреннее сопротивление источника тока.

2.7 Коэффициент полезного действия источника тока

R — сопротивление цепи,
r — внутреннее сопротивление источника тока.

2.8 Первое правило Кирхгофа

n — число проводников, сходящихся в узле;
I_k — сила тока в k-м проводнике.

2. 9 Второе правило Кирхгофа

n — число неразветвленных участков в контуре;
m — число ЭДС в контуре.

Расчёт потребления электрической энергии

В эпоху, когда без электрических приборов трудно представить свою жизнь, а цена на энергоносители постоянно растёт, важно уметь планировать и рассчитывать.  Расчёт расхода электроэнергии важен как для планирования будущих затрат на оплату счетов по электроэнергии, так и для определения убытка, нанесённого безучётным пользованием электроэнергией.

Варианты определения расхода электроэнергии.

1. Каждый электрический прибор содержит ярлык с указанием его технических характеристик, значение которое измеряется в Ваттах (W или Вт) это и есть электрическая мощность. На некотором оборудовании, например, микроволновой печи, может указываться диапазон значений, например, от 800 до 1000Вт в таком случае принято брать среднее значение 900 Вт.
   Так же, известно приблизительное время работы каждого потребителя электрической энергии. Холодильник работает не более 8 часов в сутки и так по каждому прибору. Только время работы обогревателя, вентилятора и кондиционера могут существенно отличаться в зависимости от сезона. В таком случае точнее будет проводить разные расчёты для каждого времени года.
   Далее, мощность каждого электроприбора умножается на время его работы, в часах за сутки. После чего находится суммарный расход по квартире (дому, предприятию) и делится на 1000, поскольку стандартная единица расхода кВт*ч, формула в этом случае достаточна, проста, и в результате подсчёта получается расход электроэнергии за сутки. Умножив число на количество дней в месяце или в году, можно определить месячный и годовой расход соответственно.
2. Второй способ очень похож на первый.  Но в нём указано как считать расход электроэнергии у электроприборов с неуказанной мощностью. Правильно рассчитать мощность можно зная величину потребляемого тока и напряжения в сети. Ток указывается на бирке с индексом «А», напряжение «В» («V»). Величина напряжения, общепринятая в нашей стране 220 В. Умножив ток на напряжение, можно достаточно точно рассчитать потребляемую прибором мощность.
   Дальнейший расчёт не отличается от первого варианта.
3. Как правило, электросчётчик достаточно точно рассчитывает количество потреблённой электроэнергии. Руководствуясь его показаниями можно достаточно точно определить объём потреблённой энергии. Для этого достаточно из текущих показаний прибора, вычесть предыдущие. Полученное значение и будет расход за конкретный период времени.
   В случае со счётчиками непрямого измерения, то есть с трансформаторами тока и (или) напряжения, полученное число нужно умножить на коэффициент трансформации.

Среднеприведённые значения мощности электрических приборов

Порой в быту достаточно тяжело определить значение мощности указанное на бирках, а показания электросчётчика ставятся под сомнение. В таблице представлены типовые значения мощности распространённых электроприборов.

Наименование электроприбора                    Мощность, Вт
Холодильник                                               1000
Компьютер                                                      750
Телевизор                                                       250
Пылесос                                                         1500
Утюг                                                                1500
Микроволновая печь                                 1000
Лампа накаливания                                        75

Приведённые в таблице данные могут значительно отличаться от реальных, поскольку сейчас существует достаточно много модификаций одного и того же электроприбора.

В случае когда точную мощность прибора определить невозможно, отсутствуют паспортные данные, специалисты часто пользуются токоизмерительными приборами, амперметром или клещами.
Энергоснабжающие организации часто пользуются расчётом электропотребления в случае выявления безучётного потребления электроэнергии и бездоговорного потребления электроэнергии. В этом случае, расчет производится с применением специальных коэффициентов, и, как правило, значение получается выше реально потреблённой электроэнергии.
Правильно применяя вышеуказанные формулы и произведя обратный расчёт, можно без труда вычислить потребляемую мощность электроприборов, зная расход за месяц, и даже среднее значение тока. Эти данные помогут определить сечение токопроводящих жил и защитной аппаратуры.

Формула мощности по току и напряжению схемы

Пожаловалась бабушка соседка снизу: подарили мне дети моющий пылесос. Он прекрасно работает, но откуда-то идет запах гари.

Пошел смотреть. Проводка у нас старая: лапша из алюминия 2,5 квадрата. А пылесос потребляет 2,5 kW. Прикинул, как работает формула расчета мощности по току и напряжению для этого случая.

Разделил 2500 ватт на 220 вольт. Получил чуть больше 11 ампер. Наши провода держат нагрузку 22 А. Имеем практически двойной резерв по току. Другие потребители при уборке отключены.

Стали проверять и нюхать: запах около квартирного щитка. Открыл, осмотрел: шина сборки ноля в саже, на одной перемычке горелая изоляция. Винт крепления ослаблен. Вот и причина начала возгорания. Исправил.

На этом примере я показываю, что всегда надо оценивать мощность потребления электроприборов и возможности проводки с защитными устройствами. Об этом рассказываю ниже.

Содержание статьи

Что такое мощность в электричестве: просто о сложном

Вспомнилась былина об Илье Муромце, когда он приложил всю свою мощь к соловью разбойнику. У бедолаги сразу посыпались искры из глаз, как пламя с верхней картинки на проводке с неправильным монтажом.

Простыми словами: мощность в электричестве — это силовая характеристика энергии, которой оценивают, как способности генераторных установок ее вырабатывать, так возможности потребителей и транспортных магистралей.

Все эти участки должны быть точно смонтированы и налажены для обеспечения безопасной работы. Как только в любом месте возникает неисправность, так сразу развивается авария во всей схеме.

Если говорить о домашнем электрическом оборудовании, то приходится постоянно соблюдать баланс между:

1. включенными в сеть приборами;
2. конструкцией проводов и кабелей;
3. настройкой защитных устройств.

Только комплексное решение этих трех вопросов может обеспечить безопасность проводки и жильцов.

Как рассчитать электрическую мощность в быту

Формулы расчета мощности в электричестве позволяют выполнить качественную оценку безопасности каждого из перечисленных выше пунктов.

Пользоваться ими не сложно. Я уже приводил в предыдущих статьях шпаргалку электрика, где они помещены в наглядной форме для цепей постоянного тока.

Они полностью справедливы для активной составляющей мощности переменного тока, совершающей полезную работу. Кстати, кроме нее есть еще и бесполезная — реактивная, связанная с потерями энергии. Ее описанию посвящен второй раздел.

Такие вычисления удобно делать с помощью онлайн калькулятора. Он избавляет от рутинных математических вычислений и арифметических ошибок.

При любом из способов для расчета активной мощности требуется знать две из трех электрических величин:

1. силу тока I;
2. приложенное напряжение U;
3. сопротивление участка цепи R.

Как измерить электрическую мощность дома

Существует еще одна возможность оценки активной мощности: ее измерение в действующей схеме специальными приборами: ваттметрами.

Точные замеры может обеспечить промышленный лабораторный ваттметер. Он изготавливается как прибор, работающий на аналоговых сигналах,так и с помощью цифровых технологий.

В бытовой проводке точные вычисления не нужны. Для нее выпускаются различные виды более простых ваттметров.

Популярностью пользуются приборы, которые можно вставить в розетку и подключить к ним шнур питания от потребителя, включить их в работу и сразу снять показания на дисплее в ваттах.

Их так и называют: ваттметр розетка. Они измеряют чисто активную мощность переменного тока.

Такие приборы избавляют электрика от выполнения сложных операций под напряжением, когда требуется замерять:

• действующее напряжение;
• силу тока;
• угол сдвига фаз между векторами тока и напряжения.

Потом все данные дополнительно требуется вводить в формулу расчета мощности по току и напряжению, делать по ней вычисления.

Этот метод можно упростить, если внимательно наблюдать за показаниями электрического счетчика индукционной системы с вращающимся диском. Он считает совершенную работу: потребленную мощность за определенную время.

Однако скорость вращения диска как раз и характеризует величину потребления. Надо просто посчитать сколько раз он обернется за минуту и перевести в ватты по табличке, расположенной на корпусе.

Почему реактивное сопротивление схемы влияет на мощность переменного тока

Синусоидальная гармоника напряжения, поступая на резистивное сопротивление, изменяет величину тока без его отклонения на комплексной плоскости.

Такой ток совершает полезную работу с минимальными потерями энергии, вырабатывая активную мощность. Частота колебания сигнала не оказывает на нее никакого влияния.

Сопротивление конденсатора и индуктивности зависит от частоты гармоники. Его противодействие отклоняет направление тока на каждом из этих элементов в разные стороны.

Такие процессы связаны с потерей части энергии на бесполезные преобразования. На них расходуется мощность Q, которую называют реактивной.Ее влияние на полную мощность S и связь с активной P удобно представлять графически прямоугольным треугольником.

Захотелось его нарисовать на фоне оборудования из нагромождений фарфора и металла, где пришлось поработать довольно долго.Отвлекся. Не судите за это строго.

Сравните его с опубликованным мною ранее треугольником сопротивлений. Находите общие черты?

Ими являются геометрические пропорции фигуры, описывающие их формулы и угол φ, определяющий потери полной мощности. Перехожу к их более подробному рассмотрению.

Формулы расчета мощности для однофазной и трехфазной схемы питания

В идеальном теоретическом случае трехфазная схема состоит из трех одинаковых однофазных цепей. На практике всегда есть какие-то отклонения. Но, в большинстве случаев при анализах ими пренебрегают.

Поэтому рассматриваем вначале наиболее простой вопрос.

Графики и формулы под однофазное напряжение

Как работает резистор

На чисто резистивном сопротивлении синусоиды тока и напряжения совпадают по углу, направлены на каждом полупериоде одинаково.Поэтому их произведение, выражающее мощность, всегда положительно.

Его значение в произвольный момент времени t называют мгновенным, обозначая строчной буквой p.

Среднее значение мощности в течение одного периода называют активной составляющей. Ее график для переменного тока имеет фигуру симметричного всплеска с максимальным значением Pm в середине каждого полупериода Т/2.

Если взять половину его величины Pm/2 и провести прямую линию в течении одного периода Т, то получим прямоугольник с ординатой P.

Его площадь равна двум площадям графиков активной составляющих одного любого полупериода. Если посмотреть на картинку внимательнее, то можно представить, что верхняя часть всплеска отрезана,перевернута и заполнила свободное пространство внизу.

Представление этого графика помогает запомнить, что на активном сопротивлении мощность постоянного и переменного тока вычисляется по одной формуле, не меняет своего знака.

График мгновенных значений активной мощности переменного тока на резистивном сопротивлении имеет вид повторяющихся положительных волн. Но за один период им совершается такая же работа, как и в цепях постоянного тока и напряжения.

На резисторе не создается реактивных потерь.

Как работает индуктивность

Катушка с обмоткой своими витками запасает энергию магнитного поля. Благодаря процессу ее накопления индуктивное сопротивление отодвигает вперед на 90 градусов вектор тока относительно приложенного напряжения на комплексной плоскости.

Перемножая их мгновенные величины получаем значения мощности, которое за один период меняет знаки (направление) в каждом полупериоде.

Частота изменения мощности на индуктивности в два раза выше,чем у ее составляющих: синусоид тока и напряжения. Она состоит из двух частей:

1. активной, обозначаемой индексом PL;
2. реактивной QL.

Реактивная часть на индуктивности создается за счет постоянного обмена энергией между катушкой и приложенным источником. На ее величину влияет значение индуктивного сопротивления XL.

Как работает конденсатор

Емкость конденсатора постоянно накапливает заряд между своими обкладками. За счет этого происходит сдвиг вектора тока вперед на 90 градусов относительно приложенного напряжения.

График мгновенной мощности напоминает вид предыдущего, но начинается с отрицательной полуволны.

Реактивная составляющая, выделяемая на конденсаторе, зависит от величины емкостного сопротивления XC.

Как работает реальная схема со всеми видами сопротивлений

В чистом виде приведенные выше графики и выражения встречаются не так часто. На самом деле передача электроэнергии и ее работа на переменном токе связаны с комплексным преодолением сил электрического сопротивления резисторов, конденсаторов и индуктивностей.

Причем, какая-то из этих составляющих будет преобладать. Для таких случаев преобразования электрической энергии в мгновенную мощность могут иметь один из следующих видов.

На верхней картинке показан случай, когда вектор тока отстает от приложенного напряжения, а на нижней — опережает.

В обоих случаях величина активной составляющей уменьшается от значения полной на значение, выражаемое как cosφ. Поэтому его принято называть коэффициентом мощности.

Косинус фи (cosφ) используется при анализе треугольника мощностей и сопротивлений, характеризует потери энергии.

Как работает схема трехфазного электроснабжения

На ввод распределительного щита многоэтажного здания поступает трехфазное напряжение от электроснабжающей организации, вырабатываемое промышленными генераторами.

Его же, за отдельную плату, при желании может подключить владелец частного дома, что многие и делают. При этом рабочая схема и диаграмма напряжений выглядит следующим образом.

В старой системе заземления TN-C она выполняется четырехпроводным подключением, а у новой TN-S — пятипроводным с добавлением защитного РЕ проводника. Его на этой схеме я не показываю для упрощения.

Каждую из фаз при работе необходимо стараться нагружать одинаково равными по величине токами. Тогда в домашней проводке будет создаваться наиболее благоприятный оптимальный режим без опасных перекосов энергии.

В этом случае формула расчета мощности по току и напряжению для трехфазной схемы может быть представлена простой суммой аналогичных формул для составляющих однофазных цепей.

А поскольку они все идентичные, то их просто утраивают.

Например, когда активная мощность фазы В имеет выражением Рв=Uв×Iв×cosφ, то для всей трехфазной схемы она будет выражена следующей формулой:

Р = Рa+Рв+Рc

Если пометить фазное выражение буквой ф. например Pф, томожно записать:

P = 3Pф = 3Uф×Iф×cosφ

Аналогично будет вычисляться реактивная составляющая

Q = Qa+Qв+Qc

Или

Q = 3Qф = 3Uф×Iф×sinφ

Поскольку P и Q представляют величины катетов прямоугольного треугольника, то гипотенузу или полную составляющую можно вычислить как квадратный корень из суммы их квадратов.

S = √(P2+Q2)

Как учитывается трехфазная полная мощность

В энергосистеме, да и в частном доме, требуется анализировать подключенные нагрузки, равномерно распределять их по источникам напряжений.

С этой целью работают многочисленные конструкции измерительных приборов. На щитах управления подстанций расположены щитовые ваттметры и варметры, предназначенные для работы в разных долях кратности.

Старые аналоговые приборы показаны на этой картинке.

Для того, чтобы не путаться в записях вычислений введены разные наименования единиц. Они обозначаются:

• ВА — (русское), VA (международное) вольтампер для полной величины мощности;
• Вт —(русское), var (международное) ватт —активной;
• вар (русское), var (международное) — реактивной.

Аналоговые приборы измеряют только активную или реактивную составляющую, а полную величину необходимо вычислять по формулам.

Многие современные цифровые приборы способны осуществлять эту функцию автоматически.

Видеоурок Павла Виктор дополняет мой материал. Рекомендую посмотреть.

Калькулятор мощности для своих

Здесь вы можете выполнить вычисления онлайн без использования формул и арифметических действий. Просто введите ваши исходные данные в таблицу и жмите кнопку “Рассчитать ток”.

А в заключение напоминаю, что для ваших вопросов создан раздел комментариев. Задавайте их, я отвечу.

Формула мощности электрического тока, расчет по мощности и напряжению

Для того, чтобы обеспечить безопасность при эксплуатации промышленных и бытовых электрических приборов, необходимо правильно вычислить сечение питающей проводки и кабеля. Ошибочный выбор сечения жил кабеля может привести из-за короткого замыкания к возгоранию проводки и к возникновению пожара в здании.

Что такое мощность (Р) электротока

Электрическая мощность является физической величиной, характеризующей скорость преобразования или передачи электрической энергии. Единицей измерения по Международной системе единиц (СИ) является ватт, в нашей стране обозначается Вт, международное обозначение — W.

Что влияет на мощность тока

На мощность (Р) влияет величина силы тока и величина приложенного напряжения. Расчет параметров электроэнергии выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Для расчетов силы электротока используется значения напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы электротока выбирается сечение жил кабелей и проводов.

Отличия мощности при постоянном и переменном напряжении

Ведем обозначения электрических величин, которые приняты в нашей стране:

• Р − активная мощность, измеряется в ваттах, обозначается Вт;
• Q − реактивная мощность, измеряется в вольт амперах реактивных, обозначается ВАр;
• S − полная мощность, измеряется в вольт амперах, обозначается ВА;
• U − напряжение, измеряется в вольтах, обозначается ВА;
• I − ток, измеряется в амперах, обозначается А;
• R − сопротивление, измеряется в омах, обозначается Ом.

Назовем основные отличия P на постоянном и Q на переменном электротоке. Расчет P на постоянном электротоке получается наиболее простым. Для участков электрической цепи справедлив закон Ома. В этом законе задействованы только величина приложенного U (напряжения) и величина сопротивления R.

Расчет S (полной мощности) на переменном электротоке производится несколько сложнее. Кроме P, имеется Q и вводится понятие коэффициента мощности. Алгебраически складывая активную P и реактивную Q, получают общую S.

По какой формуле вычисляется

Расчет силы тока по мощности и напряжению в сети постоянного тока

Для расчета силы I (тока), надо величину U (напряжения) разделить на величину сопротивления.

Расчет силы тока по мощности и напряжению:

I = U ÷ R

Измеряется в амперах.

Для такого случая электрическую Р (активную мощность) можно посчитать как произведение силы электрического I на величину U.

Формула расчета мощности по току и напряжению:

P = U × I

Все компоненты в этих двух формулах характерны для постоянного электротока и их называют активными.

Исходя из этих двух формул, можно вывести также еще две формулы, по которым можно узнавать P:

P = I2 × R

P = U2 ÷ R

Однофазные нагрузки

В однофазных сетях переменного электротока требуется произвести вычисление отдельно для Р и Q нагрузки, затем надо при помощи векторного исчисления их сложить.

В скалярном виде это будет выглядеть так:

S = √P2 + Q2

В результате расчет P, Q, S имеет вид прямоугольного треугольника. Два катета этого треугольника представляют собой P и Q составляющие, а гипотенуза — их алгебраическую сумму.

S измеряется в вольт-амперах (ВА), Q измеряется в вольт-амперах-реактивных (ВАр), Р измеряется в ваттах (Вт).

Зная величины катетов для треугольников, можно рассчитать коэффициент мощности (cos φ). Как это сделать, показано на изображении треугольника.

Расчет в трехфазной сети

Переменный I (ток) отличается от постоянного по всем параметрам, особенно наличием нескольких фаз. Расчет P в трехфазной нагрузке необходим для правильного определения характеристик подключаемой нагрузки. Трехфазные сети широко применяются в связи с удобством эксплуатации и малыми материальными затратами.

Трехфазные цепи могут соединяться двумя способами – звездой и треугольником. На всех схемах фазы обозначают символами А, В, С. Нейтральный провод обозначают символом N.

При соединении звездой различают два вида U (напряжения) – фазное и линейное. Фазное U определяется как U между фазой и нейтральным проводом. Линейное U определяется как U между двумя фазами.

Эти два U связаны между собой соотношением:

UЛ = UФ × √3

Линейные и фазные электротоки при соединении звездой равны друг другу: IЛ = IФ

Форма расчета S при соединении звездой:

S = SA + SB + SC = 3 × U × I

Активная P:

Р = 3 × Uф × Iф × cosφ

Реактивная Q:

Q = √3 × Uф × Iф × sinφ.

При соединении треугольником фазное и линейное U равны друг другу: UЛ = UФ

Линейный I при соединении треугольником определяется по формуле:

IЛ = IФ × √3

Формулы мощности электрического тока при соединении треугольником:

• S = 3 × Sф = √3 × Uф × Iф;
• Р = √3 × Uф × Iф × cosφ;
• Q = √3 × Uф × Iф × sinφ.

Средняя P в активной нагрузке

В электрических сетях P измеряют при помощи специального прибора – ваттметра. Схемы подключения находятся в зависимости от способа подключения нагрузки.

При симметричной нагрузке P измеряется в одной фазе, а полученный результат умножают на три. В случае несимметричной нагрузки для измерения потребуется три прибора.

Параметры P электросети или установки являются важными данными электрического прибора. Данные по потреблению P активного типа передаются за определенный период времени, то есть передается средняя потребляемая P за расчетный период времени.

Подбор номинала автоматического выключателя

Автоматические выключатели защищают электрические аппараты от токов короткого замыкания и перегрузок.

При аварийном режиме они обесточивают защищаемую цепь при помощи теплового или электромагнитного механизма расцепления.

Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины с различными коэффициентами теплового расширения. Если номинальный ток превышен, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления.

У электромагнитного расцепителя имеется соленоид с подвижным сердечником. При превышении заданного I, в катушке увеличивается электромагнитное поле, сердечник втягивается в катушку соленоида, в результате чего срабатывает механизм расцепления.

Минимальный I, при котором тепловой расцепитель должен сработать, устанавливается с помощью регулировочного винта.

Ток срабатывания у электромагнитного расцепителя при коротком замыкании равен произведению установленного срабатывания на номинальный электроток расцепителя.

Видео о законах электротехники

Из следующего видео можно узнать, что такое электричество, мощность электрического тока. Даны примеры практического применения законов электротехники.

Электрические формулы

Общие электрические единицы, используемые в формулах и уравнениях:

• Вольт — единица электрического потенциала или движущей силы — потенциал требуется для передачи одного ампера тока через один ом сопротивления
• Ом — единица сопротивления — один ом представляет собой сопротивление, обеспечиваемое прохождению одного ампера при подаче одного вольт
• ампер — единицы тока — один ампер — это ток, который один вольт может передать через сопротивление в один ом
• Ватт — единица электрической энергии или мощности — один ватт равен произведению одного ампера на один вольт — один ампер тока, протекающего под действием силы одного вольта, дает один ватт энергии
• вольт ампер — произведение вольт и ампер как показывают вольтметр и амперметр — в системах постоянного тока вольт-ампер совпадает с ваттами или отдаваемой энергией — в системах переменного тока — с вольт s и амперы могут быть или не быть на 100% синхронными — при синхронности вольт-амперы равны ваттам на ваттметре — когда несинхронные вольт-амперы превышают ватты — реактивная мощность
• киловольт-ампер — один киловольт-ампер — кВА — равно 1000 вольт-ампер
• Коэффициент мощности — отношение ватт к вольт-амперам

Электрический потенциал — закон Ома

Закон Ома может быть выражен как:

U = RI (1a)

U = P / I (1b)

U = (PR) ^1/2 (1c)

Электрический ток — закон Ома

I = U / R (2a )

I = P / U (2b)

I = (P / R) ^1/2 (2c)

Электрическое сопротивление — закон Ома

R = U / I (3a)

R = U ² / P (3b)

R = P / I ² (3c)

Пример — закон Ома

Батарея 12 вольт обеспечивает питание до сопротивления 18 Ом .

I = (12 В) / (18 Ом )

= 0,67 (A)

Электроэнергия

P = UI (4a)

P = RI ² (4b)

P = U ² / R (4c)

где

P = мощность (Вт, Вт, Дж / с )

U = напряжение (вольт, В)

I = ток (амперы, А)

R = сопротивление (Ом, Ом)

Электроэнергия

Электрический энергия — это мощность, умноженная на время:

W = P t (5)

где

W = энергия (Ws, J)

t = время (с) 90 003

Альтернатива — мощность может быть выражена

P = W / t (5b)

Мощность — это потребление энергии за счет времени.

Пример — потеря энергии в резисторе

Батарея 12 В, подключена последовательно с сопротивлением 50 Ом . Мощность, потребляемая в резисторе, может быть рассчитана как

P = (12 В) ² / (50 Ом)

= 2,9 Вт

Энергия, рассеиваемая за 60 секунд , может быть рассчитана

Вт = (2,9 Вт) (60 с)

= 174 Вт, Дж

= 0.174 кВт

= 4,8 10 ^-5 кВтч

Пример — электрическая плита

Электрическая плита потребляет 5 МДж энергии от источника питания 230 В при включении в течение 60 минут .

Номинальная мощность — энергия в единицу времени — печи может быть рассчитана как

P = (5 МДж) (10 ⁶ Дж / МДж) / ((60 мин) (60 с / мин))

= 1389 Вт

= 1.39 кВт

Ток можно вычислить

I = (1389 Вт) / (230 В)

= 6 ампер

Электродвигатели

КПД электродвигателя

μ = 746 P / P _{input_w} (6)

где

μ = КПД

P _л.с. = выходная мощность (л.с.)

P _{input_w} = входная электрическая мощность (Вт) )

или альтернативно

μ = 746 P _л.с. / (1.732 VI PF) (6b)

Электродвигатель — мощность

P _{3-фазный} = (UI PF 1,732) / 1,000 (7)

где

P _{3-фазный} = электрическая мощность трехфазного двигателя (кВт)

PF = коэффициент мощности электродвигателя

Электродвигатель — ток

I _{3-фазный} = (746 P _л.с. ) / (1 .732 В μ PF) (8)

где

I _{3-фазный} = электрический ток 3-фазный двигатель (амперы)

PF = коэффициент мощности электродвигателя

Напряжение, сопротивление току и электрическая мощность общие основные электрические формулы математические вычисления формула калькулятора для расчета энергии уравнение работы энергетический закон ватт понимание общая электрическая круговая диаграмма расчет электричества электрическая ЭДС напряжение формула мощности уравнение два разных уравнения для расчета мощности общий закон Ома аудио физика электричество электроника формула колеса формулы амперы ватты омы уравнение косинус звуковая инженерия круговая диаграмма заряд физика мощность звук запись вычисление электротехническая формула мощность математика пи физика взаимосвязь

напряжение ток сопротивление и электрическая мощность общие основные электрические формулы математические вычисления формула калькулятора для расчета мощности энергия работа уравнение закон мощности ватты понимание общая электрическая круговая диаграмма расчет электричества электрическая ЭДС напряжение формула мощности уравнение два разных уравнения для расчета мощности общий закон омов аудио физика электричество формула электроники формулы колеса амперы ватты вольты уравнение косинуса звуковая инженерия пирог диаграмма заряд физика мощность звук запись вычисление электротехника формула мощность математика пи физика отношение отношения — sengpielaudio Sengpiel Берлин

Электрический ток , Электроэнергия , Электрическое напряжение

Электричество и Электрический заряд

Наиболее распространенные общие формулы, используемые в электротехнике

97

97 Основные формулы и Расчеты ●

Взаимосвязь физических и электрических величин (параметров)
Электрическое напряжение В ,

0 9006 удельное сопротивление R , импеданс Z , мощность и мощность P
Вольт В , ампер A, сопротивление и импеданс Ом Ом и Вт Вт

Номинальный импеданс Z = 4, 8 и 16 Ом (для громкоговорителей часто принимается сопротивление) Р . Уравнение (формула) закона Ома: V = I × R и уравнение (формула) степенного закона: P = I × V . P = мощность, I или J = латиница: приток, международный ампер или интенсивность и R = сопротивление. В = напряжение, разность электрических потенциалов Δ В или E = электродвижущая сила (ЭДС = напряжение).

Введите любые два известных значения и нажмите «вычислить», чтобы решить для двух других. Пожалуйста, введите только два значения.

Используемый браузер, к сожалению, не поддерживает Javascript. Программа указана, но фактическая функция отсутствует.

Колесо формул электротехники

В происходит от «напряжения», а E — от «электродвижущей силы (ЭДС)». E означает также energy , поэтому мы выбираем V . Энергия = напряжение × заряд. E = V × Q . Некоторым нравится лучше придерживаться E вместо V , так что сделайте это. Для R возьмите Z .

12 самых важных формул: Напряжение В = I × R = P / I = √ ( P × R ) в вольтах В Ток I = В / R = P / В = √ ( P / R ) в амперах A Сопротивление R = В / I = P / I 2 = В 2 / P в Ом Ом Мощность P = В × I = R × I 2 = В 2 / R в Вт Вт

См. Также: The Formula Wheel of Acoustics (Audio)

The Big Формулы мощности Расчет электрической и механической мощности (прочности)

Формула мощности 1 — Уравнение электрической мощности: Мощность P = I × В = R × I 2 = В 2 ⁄ R , где мощность P в ваттах, напряжение В в вольтах, а ток I в амперах (пост. Ток). Если есть переменный ток, посмотрите также на коэффициент мощности PF = cos φ и φ = угол коэффициента мощности (фазовый угол) между напряжением и силой тока. Electric Energy — это E = P × t — измеряется в ватт-часах или также в кВтч. 1J = 1N × м = 1 Вт × с Формула мощности 2 — Уравнение механической мощности: Мощность P = E ⁄ т , где мощность P находится в ватт, Мощность P = работа / время ( Вт ⁄ т ). Energy E в джоулях, а время t в секундах. 1 Вт = 1 Дж / с. Мощность = сила, умноженная на смещение, деленное на время P = F × с / т или Мощность = сила, умноженная на скорость (скорость) P = F × v. Неискаженного мощного звука в этих формулах нет. Пожалуйста, берегите уши! Барабанная перепонка и диафрагмы микрофона действительно двигаются только волнами . звуковое давление .Это не влияет ни на интенсивность, ни на мощность, ни на энергию. Если вы занимаетесь звукозаписывающим бизнесом, разумно не особо заботиться об энергии, мощность и интенсивность, как вызывают , больше заботьтесь об эффекте звукового давления p и уровень звукового давления в ушах и микрофонах и посмотрите на соответствующий аудио напряжение В ~ p ; см .: Звуковое давление и звуковая мощность — Эффект и причина Очень громко звучащие динамики будут обладать большой мощностью, но лучше присмотреться к самому важно КПД динамиков.Сюда входит типичный вопрос: Сколько децибел (дБ) на самом деле в два или три раза громче? Действительно нет мощности RMS. Слова «RMS power» неверны. Есть расчет мощности, которая является умножением действующего напряжения на действующий ток. Ватт RMS бессмысленно. Фактически, мы используем этот термин как крайнее сокращение от слова «сила» в . ватт рассчитывается на основе измерения среднеквадратичного напряжения. Прочтите здесь: Почему не существует таких понятий, как «среднеквадратичная ваттная мощность» или «среднеквадратичная мощность», и никогда не было. Мощность «RMS» — довольно глупый термин, получивший широкое распространение среди аудиолюбителей. Мощность — это количество энергии, которое преобразуется в единицу времени. Ожидайте, что заплатите больше, когда требуя более высокой мощности.

Андр-Мари Ампре был французским физиком и математиком. Его именем названа единица измерения электрического тока в системе СИ, ампер . Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта был итальянским физиком. Его именем названа единица измерения электрического напряжения в системе СИ — вольт . Георг Симон Ом был немецким физиком и математиком. Его именем названа единица измерения электрического сопротивления в системе СИ, Ом . Джеймс Ватт был шотландским изобретателем и инженером-механиком. Единица измерения электрической мощности (мощности) в системе СИ ватт была названа его именем.

Мощность, как и все величины энергии, в первую очередь расчетное значение.

Слово «усилитель мощности» используется неправильно, особенно в аудиотехнике. Напряжение и ток можно усилить. Странный термин «усилитель мощности» стал пониматься как усилитель, который предназначен для управления нагрузкой например, громкоговоритель. Мы называем произведение усиления по току и усилению по напряжению «усилением мощности».

Совет: треугольник электрического напряжения В = I × R (закон Ома VIR)
Введите два значения , будет рассчитано третье значение. Треугольник мощности P = I × V (степенной закон PIV)
Введите два значения , будет рассчитано третье значение.

С помощью магического треугольника можно легко вычислить все формулы. Вы прячетесь с
пальцем значение, которое нужно вычислить. Два других значения показывают, как производить расчет.

Расчеты: Закон Ома — магический треугольник Ома
Измерение входного и выходного сопротивления

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК (AC) ~

В _l = линейное напряжение (вольт), В _p = фазное напряжение (вольт), I _l = линейный ток (амперы), I _p = фазный ток ( амперы)
Z = полное сопротивление (Ом), P = мощность (ватты), φ = угол коэффициента мощности, VAR = вольт-амперы (реактивные)

Ток (однофазный): I = P / V p × cos φ	Ток (3 фазы): I = P / √3 V l × cos φ или I = P /3 V p × cos φ
Питание (однофазное): P = V p × I p × cos φ	Мощность (3 фазы): P = √3 V l × I l × cos φ или P = √3 V p × I p × cos φ

Коэффициент мощности PF = cos φ = R / (R2 + X2) ^1/2 , φ = угол коэффициента мощности.Для чисто резистивной схемы PF = 1 (идеально).
Полная мощность S рассчитывается по Пифагору, активная мощность P и реактивная мощность Q . S = √ ( P ² + Q ² )

Формулы питания постоянного тока Напряжение В, дюйма (В) вычисление из тока I дюйма (А) и сопротивления R дюйма (Ом): В (В) = I (А) × R (Ом) Мощность P в (Вт) рассчитывается исходя из напряжения В в (В) и тока I в (А): P (Вт) = В (В) × I (A) = V 2 (V) / R (Ω) = I 2 (A) R (Ω) Формулы питания переменного тока Напряжение В, в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на импеданс Z в омах (Ом): В (В) = I ( A) Z ((Ом) = (| I | × | Z |) и ( θ I + θ Z ) Полная мощность S в вольт-амперах (ВА) равна напряжению В в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (А): S (ВА) = В (V) I (A) = (| V | × | I |) и ( θ V — θ I ) Реальная мощность P в ваттах (Вт) равна напряжению В в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A), умноженному на коэффициент мощности (cos φ ): P (Вт) = В (В) × I (A) × cos φ Реактивная мощность Q в вольт-амперах, реактивная (VAR) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A) на синус комплексного фазового угла мощности ( φ ): Q (VAR) = V (V) × I (A) × sin φ Коэффициент мощности (FP) равен абсолютному значению косинуса комплексного фазового угла мощности ( φ ): PF = | cos φ |

Фактический коэффициент мощности, а не обычный коэффициент смещаемой мощности 50/60 Гц

Определения электрических измерений
Кол. Акций	Имя	Определение
частота f	герц (Гц)	1 / с
усилие F	ньютон (Н)	кг · м / с²
давление p	паскаль (Па) = Н / м²	кг / м · с²
энергия E	рабочих джоуль (Дж) = N · м	кг · м² / с²
мощность P	ватт (Вт) = Дж / с	кг · м² / с³
электрический заряд Q	кулонов (Кл) = A · с	А · с
напряжение В	вольт (В) = Вт / д	кг · м² / A · сек³
ток I	ампер (А) = Q / с	А
емкость C	фарад (Ф) = C / V = ​​A · с / В = с / Ом	A² · с 4 / кг · m²
индуктивность L	генри (H) = Wb / A = V · s / A	кг · м² / A² · s²
сопротивление R	Ом (Ом) = В / А	кг · м²A² · s³
проводимость G	сименс (S) = A / V	A² · s³ / кг · m²
магнитный поток Φ	Вебер (Wb) = V · с	кг · м² / A · с²
плотность потока B	тесла (T) = Вт / м² = V · с / м²	кг / А · с²

Поток электрического заряда Q называется электрическим током I. Размер начисления за единицу времени это изменение электрического тока. Ток протекает с постоянной величиной I. за время t , он переносит заряд Q = I × t . Для временно постоянной мощности соотношение между зарядом и током: I = Q / t или Q = I × t. Благодаря этой связи, основные единицы усилителя и второго кулона в Установлена ​​Международная система единиц.Кулоновскую единицу можно представить как 1 C = 1 A × s. Заряд Q , (единица измерения в ампер-часах Ач), ток разряда I , (единица измерения в амперах A), время t , (единица измерения часов h).

В акустике имеется « Акустический эквивалент закона Ома »

Соотношение акустических размеров, связанных с плоскими прогрессивными звуковыми волнами

Преобразование многих единиц, таких как мощность и энергия

префиксы | длина | площадь | объем | вес | давление | температура | время | энергия | мощность | плотность | скорость | ускорение | сила

[начало страницы]

Основные электрические формулы | Flodraulic Group

Вольт (E):

Вольт = квадратный корень из (Вт x Ом)

Вольт = ватт / ампер

Вольт = амперы x Ом

Ом (R) :

Ом = вольт / ампер

Ом = вольт² / Вт

Ом = Вт / ампер²

Вт (Вт) :

Ватт = вольт² / Ом

Ватт = амперы² x Ом

Ватт = вольт x ампер

Ампер (I) :

Ампер = вольт / Ом

Ампер = ватт / вольт

А = квадратный корень из (Вт / Ом)

Формулы двигателей переменного тока :

E = напряжение / I = амперы / Вт = ватты / PF = коэффициент мощности / Eff = эффективность / HP = мощность

Однофазный :

Ток (амперы)	I	=	л.с. x 746	(где известно hp)
			E x Eff x PF
Ток (амперы)	I	=	кВт x 1000	(где известна кВт)
			E x PF
Ток (амперы)	I	=	КВА x 1000	(где известен Ква)
			E
Мощность (л.с.)	(л.с.)	=	I x E x Eff x PF
			746
киловатт (кВт)	(кВт)	=	I x E x PF
			1000
Киловольт-ампер (ква)	ква	=	I x E
			1000

Трехфазный :

Ток (амперы)	I	=	л.с. x 746	(где известно hp)
			1.73 x E x Eff x PF
Ток (амперы)	I	=	кВт x 1000	(где известна кВт)
			1,73 x E x PF
Ток (амперы)	I	=	КВА x 1000	(где известен Ква)
			1.73 x E
Мощность (л.с.)	л.с.	=	1,73 x I x E x Eff x PF	(где известно hp)
			746
киловатт (кВт)	WK	=	1.73 x I x E x PF	(где известно hp)
			1000
Киловольт-ампер (ква)	ква	=	1,73 x I x E	(где известно hp)
			1000

Формулы КПД и коэффициента мощности переменного тока:

Однофазный КПД:	746 x HP
	E x I x PF
Коэффициент мощности для однофазной сети:	Потребляемая мощность
	В x A
Трехфазный КПД:	746 x HP
	E x I x PF x 1.732
Трехфазный коэффициент мощности:	Потребляемая мощность
	E x I x 1,732

Электрические правила большого пальца:

Скорость синхронизации	Прибл. Крутящий момент
об / мин	фунт-фут на л.с.
3600	1.4
1800	3
1200	4,5
900	5,8

Номинальная	Приблизительный ток в амперах / л.с.
Напряжение	Однофазный	Трехфазный
115	10
230	5	2.5
460		1,25
575		1

Примечание : Эта информация предоставляется в качестве справочного ресурса и не предназначена для замены квалифицированной технической помощи. Хотя были предприняты все усилия для обеспечения точности этой информации, ошибки могут возникать. Таким образом, ни Flodraulic, ни ее дочерние компании, ни ее сотрудники не несут ответственности за ущерб, травмы или неправильное применение в результате использования этого справочного руководства.

Электрический ток — Веб-формулы

Электрический ток определяется по формуле:

I = В / R

Соответствующие единицы:
ампер (А) = вольт (В) / Ом (Ом)

Эта формула выводится из закона Ома . Где у нас:
В: напряжение
I: текущий
R: сопротивление

Если электрическая мощность и полное сопротивление известны, то ток можно определить по следующей формуле:

I = √ ( P / R )

Соответствующие единицы:
Ампер (А) = √ (Ватт (Вт) / Ом (Ом))

Где P — электрическая мощность.


Электрический ток
Скорость потока заряда через поперечное сечение некоторой области металлической проволоки (или электролита) называется током через эту область.

Если скорость потока заряда непостоянна, тогда ток в любой момент задается дифференциальным пределом: I = dQ / dt.

Если заряд Q протекает по цепи в течение времени t, то
I = Q / t.

Единица измерения тока S.I называется ампер (А) (кулон в секунду).
1 ампер = 6,25 × 10 ⁸ электронов / сек

В металлических проводниках ток возникает из-за движения электронов, тогда как в электролитах и ​​ионизированных газах и электроны, и положительные ионы движутся в противоположном направлении. Направление тока принимается за направление движения положительных зарядов.

В проводимости, хотя ток возникает только за счет электронов, ранее предполагалось, что ток возникает из-за положительных зарядов, протекающих от положительного полюса батареи к отрицательному.Поэтому направление тока считается противоположным потоку электронов.

Если ток постоянный: Δq = I.Δt

функция времени:

Заряд = Площадь под графиком = ½ × t ₀ × I ₀

To Найти ток в электрической цепи
Для простой цепи или одиночного провода мы имеем:

Для сложной цепи с более чем одним проводом мы можем определить ток с помощью двух законов Кирхгофа

Первый закон: Этот закон основан на принципе сохранения заряда и утверждает, что в электрической цепи (или сети проводов) алгебраическая сумма токов, встречающихся в точке, равна нулю.

Острие стрелки, отмеченное на схеме, представляет направление обычного тока, то есть направление потока положительного заряда, тогда как направление потока электронов дает направление электронного тока, которое противоположно направлению обычного тока.
I ₁ + I ₄ + I ₅ = I ₃ + I ₂ + I ₆

Второй закон: Алгебраическая сумма произведения тока и сопротивление в любом замкнутом контуре цепи равно алгебраической сумме электродвижущих сил, действующих в этом контуре.
Математически.

Электродвижущие силы — ЭДС () источника определяется как работа, совершаемая на единицу заряда при прохождении положительного заряда через гнездо ЭДС от конца с низким потенциалом к ​​концу с высоким потенциалом. Таким образом,
𝜖 = w / Q

Когда ток не течет, ЭДС источника точно равна разности потенциалов между его концами. Единица ЭДС такая же, как у потенциала, то есть вольт.

Средний поток электронов в проводнике, не подключенном к батарее, равен нулю, т. Е. Количество свободных электронов, пересекающих любой участок проводника слева направо, равно количеству электронов, пересекающих участок проводника справа налево. ток по проводнику не течет, пока он не будет подключен к батарее.

Скорость дрейфа свободных электронов в металлическом проводнике

В отсутствие электрического поля свободные электроны в металле беспорядочно вращаются во всех направлениях, поэтому их средняя скорость равна нулю.При приложении электрического поля они ускоряются в направлении, противоположном направлению поля, и поэтому имеют общий дрейф в этом направлении. Однако из-за частых столкновений с атомами их средняя скорость очень мала. Эта средняя скорость, с которой электроны движутся в проводнике под действием разности потенциалов, называется дрейфовой скоростью .

Если E — приложенное поле, e — заряд электрона, m — масса электрона и τ — временной интервал между последовательными столкновениями (время релаксации), то ускорение электрона составляет

Поскольку средняя скорость сразу после столкновения равна нулю, а непосредственно перед следующим столкновением это τ, скорость дрейфа должна быть:

Если I — ток через проводник и n — это количество свободных электронов на единицу объема, тогда можно показать, что:

подвижность µ носителя заряда определяется как скорость дрейфа на единицу электрического поля:

Плотность тока (J)
(i)
(ii) S.I Единица J = Am ^-2 .
(iii) Плотность тока — это векторная величина, ее направление — это направление потока положительного заряда в данной точке внутри проводника.
(iv) Размеры плотности тока = [M ⁰ L ^-2 T ^o A ¹ ]

Носители тока: заряженные частицы, поток которых в определенном направлении составляет электрический ток, являются носителями тока. . Носители тока могут иметь положительный или отрицательный заряд.Ток переносится электронами в проводниках, ионами в электролитах, электронами и дырками в полупроводниках.

Пример 1: Частица с зарядом q кулонов описывает круговую орбиту. Если радиус орбиты равен R, а частота орбитального движения частиц равна f, то найти ток на орбите.

Решение: Через любой участок орбиты заряд проходит f раз за одну секунду. Следовательно, через этот участок общий заряд, проходящий за одну секунду, равен fq.По определению i = fq.

Пример 2: Ток в проводе меняется со временем в соответствии с уравнением I = 4 + 2t, где I в амперах, а t в секундах. Вычислите количество заряда, прошедшего через поперечное сечение провода за время от t = 2 с до t = 6 с.

Решение: Пусть dq будет изменением, которое произошло за небольшой интервал времени dt.
Тогда dq = I dt = (4 + 2t) dt

Следовательно, общий заряд, прошедший за интервал t = 2 с и t = 6, равен
q = ∫ ⁶ ₂ (4 + 2t) dt = 48 кулонов

Пример 3: Дан токоведущий провод неоднородного сечения.Что из следующего является постоянным по всей сети?
(a) Только ток
(b) Ток и скорость дрейфа
(c) Только скорость дрейфа
(d) Ток, скорость дрейфа

Решение : (a)

Пример4 : Когда разность потенциалов на данном медном проводе увеличивается, скорость дрейфа составляет
носители заряда:
(а) Уменьшается
(б) Увеличивается
(в) Остается прежним
(г) Уменьшается до нуля
Решение : (б)

Электричество, работа и мощность

Чтобы понять, как работают устойчивые технологии, важно усвоить определенные основные принципы.Знать, как фотоэлектрические элементы преобразуют солнечную энергию в электричество, означает понимать основы электричества и света. Понимание того, как ветряные турбины производят электричество, означает понимание кое-чего о власти, работе и электромагнетизме. В этом модуле будут представлены основные концепции, необходимые для понимания технологий, обсуждаемых в этом курсе. Хотя формулы иногда используются для объяснения основных принципов, суть не в том, чтобы уметь решать количественные задачи. Формулы помогут вам увидеть взаимосвязь.

Целей обучения: Студенты смогут:

1. Выделите различия между энергией, работой и мощностью и приведите примеры каждого из них с использованием соответствующих единиц.
2. Дайте соответствующие определения следующим электрическим терминам: электрон, электрический заряд, электрический потенциал, сопротивление, ток, мощность, проводник, полупроводник и изолятор.

   Учащийся сможет сопоставить электрические величины / свойства с различными единицами измерения, используемыми в электротехнике (например,грамм. вольт, ампер, ватт, ом, ампер-час, киловатт-час и т. д.)
   

3. Обозначение элементов электрической цепи.
4. Укажите различия между параллельными и последовательными цепями и отметьте влияние на электрический потенциал (измеренный в вольтах) и ток (измеренный в амперах).
   
5. Объясните взаимосвязь между потоком тока и магнетизмом и покажите, как это лежит в основе электродвигателей и генераторов.
6. Различайте электричество постоянного и переменного тока, определите полезные качества каждого из них, отметьте, какие устройства связаны с каждым из них, и опишите роль силовых инверторов.

Энергия, работа и мощность

Перейти к: Force | Работа | Мощность

Проще говоря, Вселенная состоит из четырех вещей: пространства, времени, массы и энергии. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Но Эйнштейн показал нам, что энергию можно превратить в массу и наоборот. Второй закон термодинамики гласит, что каждый раз, когда энергия меняет форму, часть ее превращается в тепло. Энергия бывает разных форм.Самая полезная энергия или энергия высочайшего качества — это то, что мы можем использовать для работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может использоваться для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

Потенциальная и кинетическая энергия

Provenance: Первоисточник: Environment Canada (https://www.ec.gc.ca/eau-water/default.asp?lang=en&n=00EEE0E6-1), доступ через USGS: https: //water.usgs .gov / edu / wuhy.html Это воспроизведение является копией официальной работы, опубликованной Правительством Канады, и воспроизведение не было произведено в сотрудничестве или с одобрения правительства Канады.
Повторное использование: Информация на этом веб-сайте была размещена с намерением сделать ее доступной для личного или публичного некоммерческого использования и может быть воспроизведена частично или полностью и любыми средствами без взимания платы или дополнительного разрешения, если не указано иное. Пользователи должны: проявлять должную осмотрительность для обеспечения точности воспроизводимых материалов; Укажите как полное название воспроизводимых материалов, так и организацию автора; и Укажите, что воспроизведение является копией официального произведения, которое опубликовано правительством Канады, и что воспроизведение не было произведено при поддержке или с одобрения правительства Канады.

Самая низкая форма энергии с точки зрения полезности — тепло. Да, тепло можно использовать для производства пара и привода электрических турбин. Но для этого требуется много тепла, и это тепло должно исходить от какого-то другого источника энергии, например, горящего угля или солнечного света. Физики используют термин энтропия, чтобы описать изменение полезной энергии на менее полезное тепло.

Проще говоря, вселенная состоит из четырех вещей; пространство, время, масса и энергия. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена.(Хотя позже Эйнштейн показал, что для ядерных реакций энергию можно превратить в массу и наоборот). Энергия бывает разных форм. Когда энергия передается от одного объекта к другому или когда она трансформируется из одного типа в другой, ее можно использовать для выполнения работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может использоваться для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

Энтропия — это мера распределения энергии. Концентрированные формы энергии, такие как энергия, хранящаяся в ядре атома, в химических связях или в высоковольтных электрических устройствах, очень полезны для выполнения работы.С другой стороны, менее концентрированные формы энергии, такие как низкотемпературное тепло, вибрации или звуковые волны, гораздо менее полезны. Второй закон термодинамики гласит, что всякий раз, когда энергия используется для выполнения работы, часть энергии преобразуется из концентрированной формы в менее полезную. Физики говорят, что по мере того, как энергия распространяется или рассеивается, энтропия увеличивается. Одним из результатов второго закона термодинамики является то, что ни один процесс не может преобразовать 100% энергии в полезную работу.

Что такое энергия? Полезно разделить энергию на два списка. Кинетическая энергия — это энергия движущегося объекта. Падающая вода (реагирующая на силу тяжести), солнечный свет, электроны, протекающие по проводу (электричество), велосипед в движении, использование мышц для движения глаз во время чтения — все это примеры кинетической энергии. Потенциальная энергия — это то, что хранится и готово к преобразованию в кинетическую энергию. Это включает в себя воду, удерживаемую плотиной, электрический заряд, хранящийся в батарее, химическую энергию, хранящуюся в жирах и сахарах, и химическую энергию, хранящуюся в бензине и угле.

В схеме гидроэлектростанции, вода течет вниз затвор имеет кинетическую энергию. Эта кинетическая энергия используется для вращения турбины, подключенной к электрогенератору. Вода, хранящаяся за плотиной, имеет потенциальную или запасенную энергию. Обратите внимание, что сила тяжести, действующая на воду, в каждом случае обеспечивает энергию.

Force

Когда к объекту прикладывается энергия, мы воспринимаем это как силу .Некоторые силы требуют контакта между двумя объектами, а другие действуют на расстоянии. Силы, которые требует контакта , включают толкание, тянущее усилие (натяжение) и трение. Силы, которые работают без прямого контакта между объектами, включают гравитацию, магнетизм и электрическую силу. Стандартная единица силы названа в честь сэра Исаака Ньютона, отца физики. Один Ньютон (1 Н) = количество силы для ускорения 1 кг массы на один метр в секунду ² . Или 1 Н = (1 кг x 1 м) / с ² .

Аппарат Джоуля для демонстрации эквивалентности работы и тепла

Provenance: Изображение из нового ежемесячного журнала Harper’s, № 231, август 1869 г. Доступно по: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Joule%27s_Apparatus_(Harper%27s_Scan).png
Повторное использование: Этот элемент является общественным достоянием и может использоваться повторно без ограничений.

Работа

Мы используем энергию для работы. Самый простой способ думать о работе — это перемещение объекта.Когда к объекту прикладывается сила (масса, умноженная на ускорение), которая заставляет этот объект перемещаться, пройденное расстояние — это уже выполненная работа. Но мы используем энергию для выполнения большего количества работ, чем перемещение мебели или автомобилей. Работа также выполняется, когда мы используем солнечный свет или природный газ для обогрева наших домов, когда мы используем электричество для освещения наших комнат или когда мы используем бутерброд с арахисовым маслом и желе для питания клеток нашего мозга.

Поскольку энергия бывает разных форм, неудивительно, что существуют разные способы ее измерения.Трудно отслеживать все различные единицы энергии. Посмотрите на таблицу ниже, чтобы увидеть некоторые единицы измерения и отношение к джоулям, который является золотым стандартом измерения энергии. Он назван в честь Джеймса Джоуля, пивовара 19 века, который показал эквивалентность механической работы и тепла. Один джоуль примерно равен количеству энергии, необходимому для поднятия 100 г яблока на 1 метр (3,3 фута).

Изображенный аппарат был использован Джеймсом Джоулем для демонстрации эквивалентности механической работы и тепла.Он рассчитал работу, совершаемую силой тяжести на гирю. Эта тяга повернула лопаточные колеса, которые смешали воду в изолированном контейнере. Вода нагревается при перемешивании, показывая, что тепло = работа.

Паровая машина Ватта

Происхождение: Викикоммонов: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SteamEngine_Boulton%26Watt_1784.png
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Мощность

Мощность — это показатель того, сколько энергии используется за определенный период времени. Для этого мы можем использовать ватт. Джеймс Ватт был пионером в понимании физики энергии и разработал один из первых успешных паровых двигателей. Он одолжил нам свою фамилию для этого подразделения.

Показано изображение паровой машины, совместно разработанной Джеймсом Ваттом для откачки воды из затопленных угольных шахт в Англии.

Ватт — это один джоуль энергии, затрачиваемый за секунду. Таким образом, ватт включает в себя как затраченную энергию, так и время, в течение которого она была затрачена.По аналогии, вы можете получить один галлон воды из капающего крана за час или из открытого крана за 15 секунд. В итоге вы все равно получите галлон воды, но во втором случае вода течет в ведро намного быстрее. Так что аспект времени важен. Мы используем термин мощность для обозначения количества энергии и скорости ее доставки. Джоуль — это член энергии, а ватт — член мощности.

Насколько велик ватт мощности? Подбрасывание 100 г яблока в воздух на 1 м (3.3 фута) потребляет 1 ватт мощности. Ноутбук, который вы, возможно, используете для чтения, потребляет около 5 & acirc; & # 128; & # 147; 50 ватт, в зависимости от того, воспроизводится ли у вас музыка в фоновом режиме или работают другие приложения. Старомодная лампа накаливания мощностью 100 Вт потребляет 1 киловатт-час электроэнергии, если оставить ее включенной на 10 часов. Киловатт — это 1000 ватт, сокращенно кВт. 10 часов x 100 Вт = 1000 кВтч. Обратите внимание на разницу между кВт и кВтч. КВт — это мера мощности, а кВт-ч — мера того, сколько энергии было использовано в целом.

Яблоко, падающее на метр, делает это с мощностью 1 ватт.

Происхождение: Эван-Амос, автор изображения
Повторное использование: Лицо, связавшее произведение с этим документом, посвятило произведение общественному достоянию, отказавшись от всех своих прав на произведение во всем мире в соответствии с законом об авторском праве, включая все смежные и смежные права в пределах, разрешенных законом. Вы можете копировать, изменять, распространять и выполнять работу даже в коммерческих целях, не спрашивая разрешения

Вы не понимаете, что такое кВт и кВтч? Это уловка.Помните, что ватт — это джоуль / сек. Значит, в ватт или киловатт уже заложено время. Это энергия / время. Это мощность, скорость использования энергии. Но мощность не сообщает вам, сколько энергии было использовано за определенный период времени. Чтобы получить это, вам нужно умножить мощность на время. Затем единицы времени должны быть зачеркнуты. Увы, принято оставлять час на месте — глупо, но так это делается. 1 кВтч = 1 кВт x 1 час.

Вот пример. В моем доме есть фотоэлектрическая система (солнечная электроэнергия), которая в идеальных условиях хорошего солнечного прохладного дня рассчитана на выработку 4 кВт.За 4 часа это составит:

4 кВт x 4 часа = 16 кВт · ч электроэнергии. В частично облачный день система может работать на половинной мощности или на 2 кВт выходной мощности. При такой скорости мне потребуется 8 часов, чтобы выработать те же 16 кВт · ч, что я сделал в солнечный день; 2кВт x 8 часов = 16 кВтч.

В состоянии покоя типичный человек использует энергию 80 Вт для обеспечения жизненных функций организма (так называемый метаболизм в состоянии покоя). Взрослый мужчина может съедать около 2000 килокалорий в день. Одна ккал = 1,163 Втч. Таким образом, диета на 2000 ккал обеспечит 2326 Втч или 2 Втч.326 кВтч. Если бы человек просто пролежал в постели 24 часа, он бы сжег 80 Вт x 24 часа = 1920 Втч или 1 920 кВтч. Если этот парень останется в постели и продолжит так есть, он в конечном итоге потребляет 2,326 кВтч & acirc; & # 128; & # 147; 1,920 кВтч = 0,406 кВтч больше, чем он использует, и это будет храниться в виде жира. Фунт жира равен примерно 3500 ккал (4 070,5 кВтч). Так что через десять дней он может прибавить еще фунт. Интенсивная поездка на велосипеде использует энергию в размере 200 Вт. Поэтому ему следует подумать о двухчасовой поездке на велосипеде, чтобы оставаться в форме (0.2 кВт для езды на велосипеде x 2 часа = 4,0 кВтч).

Сводка силы, работы и мощности

Сила = Энергия, приложенная к объекту (измеряется в ньютонах).

Работа = Сила X Расстояние или количество переданного тепла (Измеряется в Джоулях или калориях) .

Мощность = работа / время (измеряется в ваттах с)

Различные блоки энергии

1 калория (термохимическая) = 4.184 Дж

1 БТЕ = 251,9958 калорий

1 БТЕ (термохимический) = 1054,35 Дж

1 киловатт-час (кВтч) = 3,6 x 106 Дж

1 киловатт-час (кВтч) = 3412 британских тепловых единиц (IT)

1 терм = 100 000 британских тепловых единиц

1 электрон-вольт = 1,6022 x 10-19 Дж

Электричество и магнетизм

Изолированные провода

Происхождение: Chatama размещено в сообществе Викимедиа https://commons.wikimedia.org/wiki/File:600V_CV_5.5sqmm.jpg
Повторное использование: Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Непортированная лицензия. Вы можете: делиться — копировать, распространять и передавать произведение для ремикса — адаптировать произведение При следующих условиях: приписывание — вы должны указывать произведение способом, указанным автором или лицензиаром (но ни в коем случае, чтобы предполагает, что они одобряют вас или ваше использование произведения). делиться одинаково — если вы изменяете, трансформируете или расширяете эту работу, вы можете распространять полученную работу только по той же или аналогичной лицензии, что и эта.

Теперь, когда у вас есть хорошее представление об энергии, работе и власти, пришло время зарядиться и изучить электричество! Древние имели смутное представление об электричестве из-за своего жизненного опыта.Рыбаки, ловившие разного рода «электрическую рыбу», при обращении с ней подвергались шоку. Другие чувствовали воздействие статического электричества от своей шерстяной одежды. Египтяне видели связь между электрической рыбой и молнией. Но только около 1600 года начались серьезные научные исследования электричества. Усилиями многих исследователей к концу XIX века было разработано хорошее понимание электричества и того, как его использовать.

Напомним, что вся материя состоит из атомов.А атомы состоят из нескольких основных частиц: электронов с отрицательным зарядом, протонов с положительным зарядом и нейтронов без заряда. Электричество можно представить как поток электронов через проводник, подобный медному проводу. На самом деле это не поток электронов, а импульс, который проходит по проводу.

Хорошие проводники, как и металлы, легко пропускают электричество. У них есть электроны на внешних орбиталях, с которыми легко вступить в контакт. Плохие проводники называются изоляторами, и они не пропускают беспрепятственный ток электричества.Даже самые лучшие проводники оказывают некоторое сопротивление току электричества. Такое сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом. Стекло — хороший изолятор и, следовательно, плохой проводник.

Третий класс соединений — полупроводники. Они реагируют на изменение условий, чтобы включить или выключить подачу электроэнергии. Полупроводники часто содержат смесь кремния и металлов. Пластины из этих полупроводников лежат в основе «микросхем» компьютера, а также являются основой для светодиодных ламп и фотоэлектрических (солнечных) элементов.

Фотоэлектрические панели изготовлены из полупроводников.

Происхождение: Фото Б. Кукера
Повторное использование: бесплатно для повторного использования

Панели фотоэлементов, используемых для производства электричества из солнечного света, сделаны из полупроводников.

Для подачи электроэнергии должна быть замкнутая цепь. Электроны должны начинать с состояния с высокой энергией и заканчиваться в состоянии с низкой энергией. Ниже представлена ​​схема простой схемы. Обратите внимание, что электричество проходит от высокоэнергетической стороны батареи через лампу, а затем обратно к низкоэнергетической стороне батареи.Когда переключатель открыт, подача электричества прекращается.

Об электричестве просто думать как об электроне (или импульсе размером с электрон), протекающем по проводнику. Но на практике один электрон слишком мал и несет слишком мало энергии, чтобы выполнять какую-либо реальную работу. Однако группы электронов, стекающие вместе, могут вызвать большой толчок! Кулон равен 6,24 × 10 ¹⁸ электронов. А amp — это поток в один кулон в секунду через проводник. Таким образом, усилители измеряют скорость потока электричества.Мы называем поток электричества током.

Не все электричество течет с одинаковой силой. Чтобы понять это, подумайте о давлении или силе воды, выходящей из трубы. Если труба прикреплена к резервуару наверху высокого здания, вода будет иметь намного большее давление, чем если бы резервуар был всего на 30 см выше трубы. То же самое и с электричеством. «Давление» электричества — это электрический потенциал. Электрический потенциал — это количество энергии, доступное для проталкивания каждой единицы заряда через электрическую цепь.Единицей измерения электрического потенциала является вольт. Вольт равен джоуля на кулон. Таким образом, если автомобильный аккумулятор имеет электрический потенциал 12 вольт, то он может обеспечить 12 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который он подает на стартер. Точно так же, если розетка в вашем доме имеет электрический потенциал 120 вольт, то она может обеспечить 120 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который подается на устройство, подключенное к стене. (Примечание: величина «электрический потенциал» иногда называется несколькими разными именами, включая напряжение, разность потенциалов и электродвижущую силу.Для ясности мы всегда будем ссылаться на электрический потенциал, который измеряется в вольтах). Электроны высокого напряжения возвращаются в «основное состояние» с большей энергией, чем электроны низкого напряжения.

вольт — это сила, необходимая для перемещения одного ампер через проводник с сопротивлением 1 Ом .

Вы думаете: «Кажется, существует связь между усилителями, вольтами и омами» & acirc; & # 128; & # 148; и ты прав! Электрический потенциал = ток x сопротивление.Это закон Ома, который обычно записывается как: E = I x R . E — электрический потенциал, измеренный в вольтах, I — ток, измеренный в амперах, а R — сопротивление, измеренное в омах.

Электроны, проходящие через сопротивление провода, совершают работу. Действительно полезны два вида работы, выполняемой током. Если в проводе имеется большое сопротивление, большая часть работы будет выполняться в виде тепла. Представьте себе электрический тостер, фен или обогреватель.

Второй действительно важный вид работы, выполняемой током, протекающим через провод, — это создание магнитного поля.Надеюсь, в детстве вы играли с постоянными магнитами. Вы знаете, что у магнитов два полюса: один называется северным, а другой — южным. Это название связано с использованием магнитов в компасах для определения направления. Вы знаете, что одинаковые концы магнитов отталкиваются друг от друга, а противоположные концы притягиваются. Теперь, когда электрический ток течет через провод, он становится похож на магнит в том смысле, что у него есть магнитное поле. Однако, в отличие от постоянных магнитов, магнитное поле можно отключить, остановив прохождение тока.Это свойство лежит в основе работы электродвигателей. Ток, проходящий через обмотки проводов в электродвигателе, вызывает включение магнетизма. Затем это заставляет двигатели вращаться, притягиваясь и толкаясь притяжением и отталкиванием электромагнитов.

Работа, совершаемая током во времени, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах. Но вы это уже знаете! Напомним, что выше вы узнали, что обычный человек в состоянии покоя сжигает 80 Вт.

На электричество;

1 Ватт = 1 А x 1 Вольт.

Уравнение может быть изменено для расчета производимого тока;

1 ампер = 1 Вт / 1 объем т.

Подведем итоги.

Ампер измеряет количество электричества, протекающего во времени (ток).

Ом измерить сопротивление потоку.

Вольт измеряет количество энергии, доступной для проталкивания каждой единицы заряда.

Ватт — это мера мощности или работы, которая выполняется с течением времени.

Вы знаете, что закон Ома устанавливает взаимосвязь между E, I и R. Но сколько работы выполняется? Это выражается как Сила. Мощность = Электрический потенциал x Ток, или P = E x I. Эта формула указывает на то, что мощность зависит как от количества поставляемой электроэнергии, так и от того, какая сила стоит за ней. Например, небольшая солнечная панель может выдавать 18 вольт и 2 ампера. Его мощность составит 18 вольт x 2 ампера = 36 ватт. Теперь можно построить еще одну солнечную панель, чтобы производить 9 вольт и 4 ампера.Его мощность составит 9 вольт х 4 ампера = 36 ватт. Так же, как и другой!

Схемы

Простая схема

Происхождение: Бенджамин Кукер, Хэмптонский университет
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Еще раз о простой схеме

Происхождение: Бенджамин Кукер, Хэмптонский университет
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Оборудование, производящее и использующее электричество, подключено в электрическую цепь.Оборудование может быть установлено как последовательно, так и параллельно. Посмотрите на схемы ниже, чтобы увидеть последствия использования последовательной и параллельной схем. Для фотоэлементов (PV) каждая ячейка может производить только около 0,6 вольт. Поскольку для большинства приложений требуется более высокое напряжение, фотоэлементы должны быть включены последовательно для получения желаемых результатов.

Последовательная схема

Происхождение: Бенджамин Кукер, Хэмптонский университет
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ под аналогичной лицензией.

Параллельная схема

Происхождение: Бенджамин Кукер, Хэмптонский университет
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Электродвигатели и генераторы

Магнитное поле вокруг провода, по которому проходит ток

Происхождение: Бенджамин Кукер, Хэмптонский университет
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Напомним, что часть работы, совершаемой электричеством, происходит, когда оно проходит через провод для создания магнитного поля.Ганс Христиан Эрстед обнаружил это в 1820 году. Годом позже Майкл Фарадей показал, что магнитное поле вокруг провода можно использовать для создания электромагнитов, которые могут быть хитроумно скомпонованы для создания электродвигателя.
Электромагнит

Происхождение: Оригинальное фото Джины Клиффорд: https://www.flickr.com/photos/cobalt_grrl/2256696466
Повторное использование: Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0) Бесплатно: Поделиться — копирование и распространение материал на любом носителе или любом формате. Адаптировать — ремикшировать, преобразовывать и дополнять материал для любых целей, даже для коммерческих целей.

Обратите внимание на изображение электромагнита, полученное путем наматывания изолированного провода на железный гвоздь. Железный гвоздь концентрирует магнитное поле, создаваемое током в изолированном проводе. Изоляция предотвращает короткое замыкание цепи железным гвоздем.

На схемах ниже показано, как работает электродвигатель. Обратите внимание, что при каждом половинном обороте контакты в коммутаторе меняют направление тока, чтобы двигатель вращался в том же направлении.

Простой электродвигатель

Происхождение: Изображения созданы или предоставлены для изучения этого материала.com защищены авторским правом © Chris Woodford (Объясните, что stuff.com) и опубликованы под этой лицензией Creative Commons. http://www.explainthatstuff.com/electricmotors.html
Повторное использование: Per Creative Commons License: Share — копирование и распространение материала на любом носителе или формате. Адаптация — ремикс, преобразование и создание материала

. Простой электродвигатель

Происхождение: Создано Авинашем Синха как оригинальный DIY-файл по лицензии Creative Commons на следующем веб-сайте: http: // www.Instructables.com/file/FW079IPGGC2UDG3/
Повторное использование: В соответствии с лицензией CC разрешено следующее: Совместное использование — копирование и распространение материала на любом носителе или любом формате. Адаптация — ремикс, преобразование и создание материала

.
Генератор постоянного тока

Происхождение: Изображение с сайта www.alternative-energy-tutorials.com, использовано с разрешения
Повторное использование: Все учебные пособия и материалы, опубликованные и представленные на веб-сайте учебных пособий по альтернативным источникам энергии, включая текст, графику и изображения, являются собственностью авторских прав или аналогичных права Учебников по альтернативной энергии, представляющих www.Alternative-energy-tutorials.com, если прямо не указано иное. Согласно веб-мастеру AET: Как вы любезно спросили, я не возражаю против того, чтобы вы использовали это изображение как часть своего веб-курса по энергетике бесплатно. Однако я должен попросить вас правильно ссылаться на мои учебные пособия, изображения и сайт: www.alternative-energy-tutorials.com соответственно в своих презентациях.

Майкл Фарадей не усовершенствовал электродвигатель, но он обнаружил важное свойство электромагнетизма, которое привело к другому великому изобретению — электрическому генератору.Фарадей открыл в 1831 году принцип магнитной индукции. Он обнаружил, что, проводя магнит по проводу, он вызывает электрический ток в замкнутой цепи. Это привело к разработке электрических генераторов. Первые успешные коммерческие разработки появились примерно в 1860 году. Электрогенератор — это, по сути, электродвигатель, который вращается под действием некоторой внешней силы и в ответ производит индуцированный ток. Гибридные электромобили, такие как Toyota Prius, делают именно это. Электродвигатель питается от аккумулятора при нажатии педали акселератора.Когда педаль отпускается, инерция автомобиля действует через вращающиеся колеса, вращая двигатель, заставляя двигатель работать в качестве генератора, создавая электричество для подзарядки батареи.

Электроэнергия переменного и постоянного тока

Генератор переменного тока

Происхождение: Автор: Федеральное управление гражданской авиации http://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aircraft/amt_handbook/media/FAA-8083-30_Ch20.pdf
Повторное использование: Это изображение или файл является произведением Сотрудник Федерального управления гражданской авиации, взятый на работу или привлеченный к исполнению служебных обязанностей.Это произведение федерального правительства США, изображение находится в общественном достоянии Соединенных Штатов.

До сих пор мы рассматривали только один вид электричества — постоянный ток (DC). Это то, что производят батареи, солнечные панели и генераторы постоянного тока. Для электричества постоянного тока ток всегда течет в одном и том же направлении. Другой вид электричества — это переменный ток (AC). Как видно из названия, ток переключает направление в проводе с регулярным циклом. Электроэнергия переменного тока — это то, что приходит в наши дома через электросеть.Производится генераторами переменного тока. Генератор переменного тока устроен иначе, чем генератор постоянного тока. Помните, что в генераторе постоянного тока или двигателе есть коммутатор или выпрямитель, который переключает направление тока в катушках якоря (той части, которая вращается). В генераторе переменного тока вместо реверсивного коммутатора используются контактные кольца. Таким образом, с каждой половиной оборота генератора индуцированный ток меняет направление.

Выходной сигнал генератора переменного тока создает синусоидальную волну при скачках напряжения в цепи.Изменение направления тока происходит быстро. В Соединенных Штатах стандарт для электросети составляет 60 Гц (переключение вперед и назад 60 раз в секунду).

Синусоидальная волна от генератора переменного тока

Provenance: Booyabazooka в английской Википедии
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать этот элемент повторно для некоммерческих целей при условии, что вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

На диаграмме справа показана синусоида, генерируемая генератором переменного тока. При напряжении выше 0 вольт электричество течет в одном направлении, а при напряжении ниже 0 вольт — в другом. По оси Y отложено напряжение, а по оси X — время.

Короткое видео о различиях между генераторами и двигателями постоянного и переменного тока

Преимущество использования переменного тока заключается в том, что можно легко повышать или понижать напряжение в различных частях сети системы доставки. Это делают трансформаторы. Трансформатор состоит из двух расположенных бок о бок катушек, большой и малой.Обе катушки имеют общий железный сердечник. Переменный ток, проходящий через небольшую первичную катушку, за счет магнитной индукции создает ток более высокого напряжения в большей вторичной катушке. И обратное также верно: если первичная обмотка больше, вторичная обмотка меньшего размера будет иметь более низкое выходное напряжение.

Трансформатор, используемый для увеличения переменного напряжения

Происхождение: BillC в англоязычной Википедии
Повторное использование: Выпущено под лицензией GNU Free Documentation License.

Зачем вообще увеличивать и уменьшать напряжение? Помните, что V = I x R. Передача электричества на большие расстояния приводит к потере энергии на тепло из-за сопротивления проводов. Чтобы предотвратить это, напряжение повышается, что требует меньшего тока и меньших потерь тепла. Когда вы доберетесь до вашего дома, напряжение снова упадет. По высоковольтным линиям электропередачи может подаваться электроэнергия 765 кВ (то есть 765 000 вольт!). От сетевой розетки получается 120 вольт.

Переключение между переменным и постоянным током

Инвертор для переключения с постоянного на переменный ток

Происхождение: Фотография сделана Б.Cuker
Повторное использование: Без копирования и записи, можно использовать для любых целей.

Поскольку мы используем электричество как переменного, так и постоянного тока, важно уметь преобразовывать одно в другое. Эта работа выполняется устройством, называемым инвертором мощности. Многие бытовые приборы работают от сети переменного тока. Холодильники, кондиционеры, лампы накаливания и люминесцентные лампы, пылесосы, фены и стиральные машины — все напрямую используют кондиционер. Электроника, такая как компьютеры, телевизоры и сотовые телефоны, требует постоянного тока.В устройствах обычно инвертор встроен в шнур питания переменного тока. По проводу, идущему от инвертора, проходит постоянный ток, необходимый устройству. Инверторы

также полезны для преобразования постоянного тока в переменный. Такие устройства позволяют использовать 12 В постоянного тока автомобиля для питания портативного компьютера. Дома, которые используют фотоэлектрические панели для использования солнечной энергии для производства электроэнергии, также должны преобразовывать свою выработку в соответствии с переменным током, если системы подключены к электросети.

Оба типа инверторов используют электронные схемы для перехода на электричество.Теория их работы выходит за рамки этого основного устройства. Но вы должны знать, что силовые инверторы подчиняются второму закону термодинамики. Таким образом, в процессе преобразования энергия теряется на тепло. Но современные инверторы могут достигать КПД 95%.

Показан силовой инвертор, который преобразует постоянный ток солнечных панелей в переменный ток для фотоэлектрической системы, подключенной к сети.

Хранение и производство электроэнергии с помощью батарей

Схема свинцово-кислотной батареи

Provenance: Ohiostandard в английской Википедии — перенесено с en.wikipedia в Commons от Burpelson AFB с использованием CommonsHelper.
Повторное использование: Разрешено копировать, распространять и / или изменять этот документ в соответствии с условиями лицензии GNU Free Documentation License, версии 1.2 или любой более поздней версии, опубликованной Free Software Foundation; без неизменяемых разделов, без текстов на лицевой обложке и без текстов на задней обложке. Копия лицензии включена в раздел под названием GNU Free Documentation License.

Батареи преобразуют потенциальную энергию химических веществ в кинетическую энергию электричества.Бенджамин Франклин ввел термин «батарея» для описания стопки стеклянных пластин с металлическим покрытием, которые он использовал для хранения энергии. Но то, что у него было, сегодня мы назвали бы конденсаторами. Батареи работают, соединяя вместе два химических материала, которые имеют разное сродство к электронам. Материалы анода предпочитают терять электроны, а материалы катода — получать их. Электроды батареи погружены в раствор, содержащий положительно и отрицательно заряженные ионы, называемый электролитом. При включении в цепь электроны текут от анода к катоду.В то же время отрицательно заряженные ионы в электролите перемещаются от катода к аноду для поддержания нейтральности заряда и, таким образом, замыкают электрическую цепь.

В перезаряжаемой батарее реакции на аноде и катоде можно обратить вспять, используя электрическую энергию для подачи тока, который толкает электроны в противоположном направлении — от катода к аноду. Это восстанавливает исходное состояние двух электродов. Ваш портативный компьютер, мобильный телефон и автомобильный аккумулятор — все это примеры аккумуляторных батарей.В современных батареях используются комбинации различных типов металлов и соединений оксидов металлов, образованные из элементов, включая углерод, кадмий, кобальт, литий, марганец, никель, свинец и цинк, для повышения производительности.

Батарея из лимона

Происхождение: Тереза ​​Нотт из Викимедиа: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lemon_battery.png
Повторное использование: Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.Вы можете: делиться — копировать, распространять и передавать произведение для ремикса — адаптировать произведение При следующих условиях: приписывание — вы должны указывать произведение способом, указанным автором или лицензиаром (но ни в коем случае, чтобы предполагает, что они одобряют вас или ваше использование произведения). делиться одинаково — если вы изменяете, трансформируете или расширяете эту работу, вы можете распространять полученную работу только по той же или аналогичной лицензии, что и эта.

Простая батарея, использующая кислотный фрукт и два разных металла (бронза и стальные сплавы).

Exercises Exercises for Module 1 (Microsoft Word 2007 (.docx) 17kB Jul12 17)

1. Создайте цепь, используя две последовательно соединенные батареи и лампочку. Используйте цифровой мультиметр (DMM) для измерения электрического потенциала в вольтах между положительной и отрицательной клеммами в цепи. Теперь добавьте в цепь вторую лампочку последовательно с первой. Как яркость каждой лампочки по сравнению с яркостью, когда в цепи была только одна? С помощью вольтметра измерьте напряжение между положительным полюсом батареи и проводом сразу после первой лампочки, а затем сразу после второй лампочки.Запишите результаты. Теперь создайте схему с двумя параллельными лампочками. Запишите яркость и напряжение на каждой лампочке.

Объясните свои результаты.

Простая схема с одной лампочкой

Цепь с двумя последовательно включенными лампочками

Цепь с двумя параллельными лампами

2.Сделайте пять магнитов для выборщиков, каждый с проволокой разной длины, намотанной вокруг железных гвоздей: 10 см, 20 см, 30 см, 40 см и 50 см. В каждом случае на каждом конце провода должно быть по 10 см, чтобы его можно было подключить к батарее. Таким образом, катушка «10 см» будет фактически сделана из провода длиной 30 см и так далее. Подключите каждый магнит к батарее и добавьте как можно больше скрепок к магнитной цепочке с кончика ногтя. Запишите максимальное количество скрепок в каждом случае. Затем нарисуйте график зависимости максимального количества удерживаемых скрепок от длины провода, из которого сделаны обмотки.Объясните, почему график выглядит именно так.

3. Соберите простой двигатель из предоставленного набора. Обязательно обратите внимание на инструкции по снятию изоляции с противоположных сторон провода, который контактирует с зажимами аккумулятора.Когда вы заставите свой мотор вращаться, проведите следующие эксперименты.

а. Обратите внимание на направление вращения двигателя. Можете ли вы заставить его пойти в противоположном направлении? Объясни.

г. Теперь снимите магнит и переверните. Затем перезапустите мотор. Поворачивает ли он в том же направлении, что и раньше? Зачем?

г. Теперь переверните аккумулятор и перезапустите двигатель. Направление вращения осталось прежним? Объяснить, почему.

г. Подумайте об электродвигателе как о системе.Определите источник энергии и судьбу этой энергии во вращающейся двигательной системе. В своем ответе используйте следующие термины: электрохимическая энергия, кинетическая энергия (энергия движения) и тепло. Нарисуйте созданную вами схему для запуска электродвигателя. Наденьте шляпу системного мышления.

• Определите каждый компонент системы.
• Отследите поток энергии в системе. Обязательно покажите, где он переходит от электрического тока к магнитной энергии, кинетической энергии и теплу.
• Сделайте снимок диаграммы и включите его в свой отчет.

Является ли электродвигатель закрытой системой (вся энергия остается в системе) или это открытая система (некоторый обмен энергией с окружающей средой)?

4. Из кусочка цитрусовых сделайте батарейку. Положите медный пенни с одной стороны фрукта, а стальную скрепку — с другой. Измерьте напряжение с помощью цифрового мультиметра. Запишите результат: ______.

Теперь попробуйте использовать фруктовый аккумулятор, чтобы зажечь светодиодную лампочку.Это работает? Объясните, что создает электричество.

Список литературы

Электромагниты и закон Фарадея

Электродвигатель и генератор

Асинхронный двигатель переменного тока

Трансформаторы

Преобразователи переменного / постоянного тока

Как работают батареи

Яркость лампы
Падение напряжения (В)
	Первая лампочка	Вторая лампа
Яркость лампы
Падение напряжения (В)
	Первая лампочка	Вторая лампа
Яркость лампы
Падение напряжения (В)
Длина провода в бухте (см)	10	20	30	40	50
Макс. нет. скрепок

Что такое электроэнергия (P)

Электрическая мощность — это норма потребления энергии в электрическом цепь.

Электрическая мощность измеряется в ваттах.

Определение электрической мощности

Электрическая мощность P равна потребляемой энергии E, разделенной по времени расхода t:

P — электрическая мощность в ваттах (Вт).

E — потребление энергии в джоулях (Дж).

t — время в секундах (с).

Пример

Найдите электрическую мощность электрической цепи, потребляющей 120 джоулей за 20 секунд.

Решение:

E = 120 Дж

т = 20 с

P = E / t = 120 Дж / 20 с = 6 Вт

Расчет электроэнергии

P = В ⋅ I

или

P = I ² ⋅ R

или

P = V ² / R

P — электрическая мощность в ваттах (Вт).

В — напряжение в вольтах (В).

I — ток в амперах (А).

R — сопротивление в Ом (Ом).

Питание цепей переменного тока

Формулы для однофазного переменного тока.

Для трехфазного переменного тока:

Когда линейное напряжение (V _L-L ) используется в формуле, умножьте однофазную мощность на квадрат корень из 3 (√3 = 1,73).

При нулевом напряжении (В _L-0 ) используется в формуле, умножьте однофазную мощность на 3.

Реальная мощность

Реальная или истинная мощность — это мощность, которая используется для работы на Загрузка.

P = В _{действующее значение} I _{действующее значение} cos φ

P — реальная мощность в ваттах. [Вт]

В _{действующее значение} — среднеквадратичное значение напряжения = В _пик / √2 в вольтах [В]

I _rms — среднеквадратичный ток = I _пик / √2 в амперах [A]

φ — это фазовый угол импеданса = разность фаз между напряжением и током.

Реактивная мощность

Реактивная мощность — это мощность, которая тратится впустую и не используется для работать под нагрузкой.

Q = В _СКЗ I _СКЗ sin φ

Q — реактивная мощность в вольт-ампер-реактивная [ВАр]

В _{действующее значение} — среднеквадратичное значение напряжения = В _пик / √2 в вольтах [В]

I _rms — среднеквадратичный ток = I _пик / √2 в амперах [A]

φ — это фазовый угол импеданса = разность фаз между напряжением и током.

Полная мощность

Полная мощность — это мощность, подаваемая в цепь.

S = В _{среднеквадратичное значение} I _{среднеквадратичное значение}

S — полная мощность в Вольт-ампер [ВА]

В _{действующее значение} — среднеквадратичное значение напряжения = В _пик / √2 в вольтах [В]

I _rms — среднеквадратичный ток = I _пик / √2 в амперах [A]

Соотношение активной / реактивной / полной мощностей

Активная мощность P и реактивная мощность Q вместе дают полную мощность S:

P ² + Q ² = S ²

P — реальная мощность в ваттах.

No related posts.