Tpo-gefest.ru

ТПО Гефест
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Формула мощности тока. Фактическая и номинальная мощность. КПД электрического прибора

Под мощностью тока так же, как и в механике, понимают работу, которая выполняется за единицу времени. Рассчитать мощность, зная работу, которую выполняет электрический ток за некоторый промежуток времени, поможет физическая формула.

формула мощности тока

Ток, напряжение, мощность в электростатике связаны равенством, которое можно вывести из формулы A = UIt. По ней определяют работу, которую выполняет электрический ток:

P = A/t = UIt/t = UI
Таким образом, формула мощности постоянного тока на любом участке цепи выражается как произведение силы тока на напряжение между концами участка.

Труд электричества

Механические устройства и электрические приборы предназначены для выполнения работы. Согласно второму закону Ньютона, кинетическая энергия, которая воздействует на материальную точку в течение определённого промежутка времени, совершает полезное действие. В электродинамике поле, созданное разностью потенциалов, переносит заряды на участке электрической цепи.

Объём, производимой током работы, зависит от интенсивности электричества. В середине XIX века Д. П. Джоуль и Э. Х. Ленц решали одинаковую проблему. В проводимых опытах кусок проволоки с высоким сопротивлением разогревался, когда через него пропускался ток. Учёных интересовал вопрос, как вычислить мощность цепи. Для понимания процесса, происходящего в проводнике, следует ввести следующие определения:

Как найти мощность электрического тока

  • P — мощность.
  • A — работа, совершаемая зарядом в электрической цепи.
  • U — падение напряжения в проводнике.
  • I — сила тока.
  • Q — количество электрических зарядов, переносимых в единицу времени.

Мощность — это работа, производимая током в проводнике за какой-то временной период. Утверждение описывает формула: P = A ∕ ∆t.

На участке цепи разность потенциалов в точках a и b совершает работу по перемещению электрических зарядов, которая определяется уравнением: A = U ∙ Q. Ток представляет собой суммарный заряд, прошедший в проводнике за единицу времени, что математически выражается соотношением: U ∙ I = Q ∕ ∆t. После преобразований получается формула мощности электрического тока: P = A ∕ ∆t = U ∙ Q ∕ ∆t = U ∙ I. Можно утверждать, что в цепи проводится работа, которая зависит от мощности, определяемой током и напряжением на контактах подключённого электрического устройства.

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

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

Читайте так же:
Входной ток светодиодных ламп

Мощность, идущую на нагревание можно рассчитать как:

Потребляемую мощность найдем как:

Выразим $P_A$ из (1.1) и используем (1.2) и (1.3):

Для нахождения экстремума функции, которая представлена в выражении (1.4) найдем производную $frac$ и приравняем ее к нулю:

Найдем максимальную полезную мощность,используя выражение (1.4) и Imax:

Формула мощности тока не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Задание. Электрические лампочкис мощностями P1 и P2 номинальным напряжением U1=U2 соединяют последовательно (рис.2) и включают в сеть с постоянным напряжением U. Какова мощность, потребляемая первой лампочкой P1 * ).

Решение. Лампочки по условию задачи соединены последовательно, значит сила тока, текущая через лампочки одинакова, а падение напряжения на каждой из лампочек зависит от их сопротивлений. Искомую мощность можно найти как:

Сопротивления лампочек можно найти из данных в условиях номинальных мощностей:

Силу тока можно найти по закону Ома, учитывая, что лампочки соединены последовательно:

Мощность переменного тока [ править | править код ]

В цепях переменного тока формула для мощности постоянного тока может быть применена лишь для расчёта мгновенной мощности, которая сильно изменяется во времени и для большинства простых практических расчётов не слишком полезна непосредственно. Прямой расчёт среднего значения мощности требует интегрирования по времени. Для вычисления мощности в цепях, где напряжение и ток изменяются периодически, среднюю мощность можно вычислить, интегрируя мгновенную мощность в течение периода. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Для того, чтобы связать понятия полной, активной, реактивной мощностей и коэффициента мощности, удобно обратиться к теории комплексных чисел. Можно считать, что мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой частью, полная мощность — модулем, а угол φ (сдвиг фаз) — аргументом. Для такой модели оказываются справедливыми все выписанные ниже соотношения.

Активная мощность [ править | править код ]

Единица измерения в СИ — ватт [1] .

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отражённой мощностью.

Реактивная мощность [ править | править код ]

Единица измерения, по предложению Международной электротехнической комиссии, — вар (вольт-ампер реактивный); (русское обозначение: вар; международное: var). В терминах единиц СИ, как отмечено в 9-ом издании Брошюры СИ, вар когерентен произведению вольт-ампер. В Российской Федерации эта единица допущена к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения в области «электротехника» [1] [2] :

Читайте так же:
Выключатель регулируемый энергосберегающая лампа

Вар определяется как реактивная мощность цепи с синусоидальным переменным током при действующих значениях напряжения 1 В и тока 1 А, если сдвиг фазы между током и напряжением π 2 <2>>> [3] .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии, возвращаемой от индуктивной и ёмкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Полная мощность [ править | править код ]

Единица измерения — В·А, вольт-ампер (русское обозначение: В·А; международное: V·A). В Российской Федерации эта единица допущена к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «электротехника» [1] [2] .

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому полная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Комплексная мощность [ править | править код ]

Мощность, аналогично импедансу, можно записать в комплексном виде:

Измерительными приборами

Если под руками имеются измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Необходимо лишь соблюдать правила измерений и не забывать о правилах безопасности.

Амперметром

Пользуясь приборами для измерения ампеража, следует помнить, что они подключаются в цепи последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое, поэтому прибор легко выводится из строя, если проводить измерения пределами значений, для которых он рассчитан.

Читайте так же:
Включение двух лампочек от одного выключателя

Схема подключения амперметра показана на рисунке 3. Обратите внимание на то, что на участке измеряемой электрической цепи обязательно должна быть нагрузка.

Схема подключения амперметра

Рис. 3. Схема подключения амперметра

Большинство аналоговых амперметров, например, таких, как на рисунке 4, предназначены для измерений параметров в цепях с постоянными токами.

Рис. 4. Аналоговый амперметр

Обратите внимание распределение шкалы амперметра. Цена первого деления 50 А, а всех последующих – 10 А. Максимальная величина, которую можно измерить данным амперметром не должна превышать 300 А. Для измерений электрической величины в меньших либо в больших пределах следует применять соответствующие приборы, предназначенные для таких диапазонов. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.

При измерениях постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Для подключения прибора требуется разрывать цепь. Это не всегда удобно. Иногда вычисление силы тока по формуле является предпочтительней, особенно если приходится проводить измерения в сложных электротехнических схемах.

Мультиметром

Преимущество мультиметра в том, что этот прибор многофункциональный. Современные мультиметры цифровые. У них есть режимы для измерений в цепях постоянных и переменных токов. В режиме измерения силы тока этот измерительный прибор подключается в цепь аналогично амперметру.

Перед включением мультиметра в цепь, всегда проверяйте режим измерений, а пределы измерения выбирайте заведомо большие предполагаемой силы тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.

Для работы с переменным напряжением переводите прибор в соответствующий режим. Считывайте значения с дисплея после того, как цифры перестанут мелькать.

Как обозначается мощность: единицы измерения

В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.

Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.

В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.

Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.

В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.

Читайте так же:
Как рассчитать провод по мощности лампочек

Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр.

Единицы измерения

Вт

1 эрг в секунду

1 метрическая лошадиная сила

Ход урока

I. Организационный момент (2 минуты)

ІІ. Инструктаж по правилам техники безопасности (2 минуты)

Инструкция по технике безопасности при проведении лабораторной работы «Измерение мощности и работы тока в электрической лампе»

  1. Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания учителя.
  2. Не приступайте к выполнению работы без разрешения учителя.
  3. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своём рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.
  4. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов.
  5. Следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях.
  6. При сборке экспериментальных установок используйте провода с наконечниками с прочной изоляцией без видимых повреждений.
  7. При сборке электрической цепи избегайте пересечения проводов.
  8. Источник тока к электрической цепи подключайте в последнюю очередь.
  9. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепей, лишённым изоляции.
  10. По окончании работы отключите источник электропитания, после чего разберите электрическую цепь.

ІІІ. Выполнение лабораторной работы (25 минут)

Учитель рассказывает (и демонстрирует) порядок выполнения лабораторной работы:

  • собрать цепь из источника питания, лампы, амперметра и ключа, соединив всё последовательно;
  • подключить вольтметр параллельно лампе, замкнуть ключ и измерить напряжение ( U ) на лампе;
  • измерить амперметром силу тока ( І ) в цепи;
  • начертить в тетради схему собранной цепи и записать показания приборов;
  • вычислить мощность тока в лампе по формуле Р=UхI;
  • рассчитать работу тока в лампе по формуле А=UxIxt, измерив время ( t ) горения лампы в цепи;

схема

  • результаты измерений и расчётов физических величин записать в таблицу:

Проводник

Напряжение U, В

Сила тока I, А

Время t, сек

Мощность тока Р, Вт

Работа тока А, Дж

  • сделать вывод (написать, чему научились при выполнении работы).
Читайте так же:
Можно ли выключатели с подсветкой использовать с энергосберегающими лампами

Лаборант выдаёт учащимся оборудование (по 1 комплекту на группу).

Учащиеся выполняют практическую часть работы (собирают электрическую цепь), производят измерения напряжения, силы тока и времени, рассчитывают мощность и работу тока в лампе, и оформляют результаты.

Творческое задание №1 (5 мин.) (для групп, выполнивших основное задание лабораторной работы ранее других)

Взять две одинаковые лампочки и включить их в схему один раз последовательно, а другой раз – параллельно. Подсчитать мощность тока (Р1 и Р2), потребляемую лампочками в обоих случаях, и объяснить различия в полученных результатах.

схема

схема

Вывод. При параллельном соединении потребляемая мощность больше, чем при последовательном (Р2 > Р1), т.к. при параллельном соединении сопротивление цепи уменьшается (R2 < R1), следовательно, по закону Ома для участка цепи (І = U / R ), сила тока увеличивается (І2 > І1) при постоянном напряжении на полюсах источника тока.

ІV. Физ. пауза (2 мин.)

Учитель: «А сейчас проведём разминку, чтобы немного отдохнуть».

Упражнение 1 (для глаз) — служит профилактикой нарушения зрения:

  • вертикальные движения глаз вверх-вниз;
  • горизонтальные вправо-влево;
  • вращение глазами по часовой стрелке и против;
  • массаж век.

Упражнение 2 — необходимо для улучшения работы мозга:

  • потягивание за мочки сверху вниз;
  • потягивание ушной раковины вверх;
  • потягивание ушной раковины к наружи;
  • круговые движения ушной раковины по часовой стрелке и против;
  • перекрёстные движения – активизирует оба полушария головного мозга;
  • качание головой – улучшает мыслительную деятельность и мозговое кровообращения.

V. Творческое задание № 2 (7 мин.).

Учитель: Работу электрического тока или потребляемую электроэнергию определяют с помощью электросчётчика, но вам придётся «сыграть» его роль.

Электросчетчик

Узнайте (с помощью родителей) паспортные мощности любых 3-х имеющихся в квартире электрических приборов и примерное время их работы в течение суток (и месяца). Вычислите стоимость израсходованной ими за месяц электроэнергии (по образцу Примера).

(Для выполнения творческого задания №2 учитель сообщает ученикам действующий (на момент выполнения задания) тариф за 1 кВтч электроэнергии).

Пример. (с комментариями учителя 1 ученик решает на доске). Мощность электрического утюга равна 0,6 кВт. Ежедневно утюгом пользуются в течение 20 минут. Рассчитайте работу тока за один месяц (30 дней) и стоимость израсходованной электроэнергии при тарифе 2,69 руб за 1 кВтч.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector