Нагрузка, подключенная к трехфазной сети, представляет особый интерес, поскольку электрические величины, проходящие через нее, напрямую связаны с номинальной нагрузкой каждой фазы. Однако для большей ясности мы не будем анализировать, как найти мощность несимметричного устройства, поскольку это довольно сложная задача, а приведем пример расчета мощности трехфазного двигателя.
Что такое мощность электрического тока?
Мощность электрического тока относится к определенным изменениям энергии. Например, . электрическая энергия, передаваемая по проводам. В этом случае определяется мощность линии.
Или это может быть преобразование, тогда электродвигатель может выполнять некоторую механическую работу, телефон преобразует электричество в радиоволны или использует энергию для работы процессора, экрана и так далее. Получается, что мощность относится к потреблению энергии за определенный период времени.
Но есть и обратный процесс. Так, генератор, с другой стороны, вырабатывает электричество и отдает его обратно потребителю, он обладает некоторой мощностью. Аккумулятор может быть как источником энергии, так и потребителем при зарядке. По своей сути, мощность – это скалярная величина, которая определяется в определенный момент времени.
| Скаляр – это величина, определяемая исключительно числом, без указания направления электрического тока. |
Более того, сам приемник может изменять свою мощность в зависимости от поставленной задачи. Это легче объяснить на примере фотоаппарата.
Когда камера работает, потребляемая мощность одна, если делается снимок, мощность другая, а если используется вспышка, мощность уже третья. Потребляемую мощность каждый раз можно определить по простой формуле.
Формула для расчета мощности, тока и напряжения
Прежде всего, необходимо установить следующие формулы единицы измерения мощности или определить, что делает электричество способным совершать какие-либо действия?
Электрический заряд, составляющий ток, должен двигаться, только тогда он может проявляться, потому что по определению электрический ток – это движение заряженных частиц по замкнутой цепи. Поэтому мощность напрямую связана с количеством энергии, перемещаемой в данный момент времени в данной цепи.
Что заставляет заряды двигаться? Это разность потенциалов, создаваемая источником тока. Она измеряется в вольтах и называется напряжением. Другая вещь, которую необходимо учитывать, – это количество заряда, протекающего через поперечное сечение проводника в любой момент времени. Это называется током и измеряется в амперах. Это два компонента, которые необходимы для упрощенной формулы.
Что нам нужно сделать с этими компонентами? Чтобы было проще понять, предположим, что напряжение отвечает за скорость движения, а ток – за количество заряда. Пусть напряжение равно 1 единице, а ток начинается с 2 зарядов. В этом случае за единицу времени будет перемещено 2 заряда.
А если напряжение увеличить до 2 единиц? Тогда будет перемещено в два раза больше зарядов, так как скорость перемещения увеличится.
Отсюда вывод: чтобы узнать мощность (количество перемещенных зарядов), нужно напряжение умножить на силу тока. Подставив эти обозначения, мы получим формулу для мощности: P=UI;
- где P – мощность,
- U – напряжение,
- I – сила тока.
Теперь нам осталось выяснить, как измеряется электрическая мощность.
Формулы
На многих бытовых приборах есть этикетки с указанием их мощности. Мощность (P) означает работу (A), совершаемую прибором в единицу времени (t). Поэтому, чтобы найти среднюю мощность электрического тока, разделите работу на время, т.е. P = A / t.
Давайте рассмотрим, что такое мощность электрического тока. Для этого рассмотрим электрическую цепь (см. рис. 1), состоящую из источника тока, проводов и электрической нагрузки, которой может быть резистор, аккумулятор, электродвигатель и т.д.
Рекомендуемое электрическое напряжение также указывается на электрооборудовании. Как связаны эти две величины? Из школьной физики мы знаем, что напряжение (U) между концами данного электрического устройства определяется следующим образом: U = A / q, где: A – это работа, совершаемая источником электрического напряжения для переноса электрического заряда (q) по проводнику.
Величина электрического заряда рассчитывается по формуле: q = I * t
Имеем A = P * t; A = U * q и q = I * t. После преобразования формул получаем: A = P*t = U*q = U*I*t.
Из этого следует (разделив обе стороны уравнения на t), что P = U*I. Это означает, что мы можем сказать, что количество энергии, переданной от источника тока к резистору, задается формулой P = U * I
Из этой формулы следует, что U = P / I , I = P / U.
Согласно закону Ома для участка цепи I = U / R, где R – электрическое сопротивление участка цепи. Поэтому из формулы P = U * I следуют две другие формулы для мощности электрического тока, т.е. P = U 2 /R, P = I 2 R.
В последовательно соединенных цепях удобно использовать P = I 2 R, так как при последовательном соединении ток в проводниках одинаков.
Единицы измерения и обозначение единиц
Международная система единиц (СИ) определяет мощность как ватт. Русская аббревиатура такова: W(Вт), международное обозначение: W). 1 Вт = 1 Дж/c. Из формулы P = U*I следует, что: 1 ватт = 1 вольт * 1 ампер, или 1 Вт = 1 В*А.
Существуют также единицы измерения мощности, кратные ватту: гектаватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт). Другими словами, 1 гВт = 100 Вт, 1 кВт = 1 000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.
Единицы мощности, используемые в электротехнике, кратны ватту: микроватт (мкВт), милливатт (мВт), гектаватт (гВт), киловатт (кВт) и мегаватт (МВт). Другими словами, 1 мкВт = 1*10 -6 Вт, 1 мВт = 1*10 -3 Вт, 1 гВт = 1*10 2 Вт, 1 кВт = 1*10 3 Вт, 1 МВт = 1*10 6 Вт.
Каждый электроприбор имеет определенный номинал мощности (указан на приборе). Ниже приведены типичные значения мощности для некоторых электроприборов.
| Прибор | Мощность, Вт |
| Телевизор в режиме ожидания | 0,5 |
| Лампочка | Приблизительно 1 |
| Лампочка | 25-150 |
| Холодильник | 160 |
| Электрический обогреватель | 500-2000 |
| Пылесос | До 1300-1800 |
| Электрический чайник | Около 2000 |
| Утюг | 1200-2200 |
| Стиральная машина | До 2300 |
В прошлом для определения мощности использовалась единица измерения – лошадиная сила, которая известна и сегодня. Переведите мощность из лошадиных сил в ватты, используя выражение: 1 КМ = 735,5 ВАТТ.
Примеры задач
В качестве примера рассмотрим расчеты на участках электрической цепи с последовательным и параллельным соединением компонентов. Первый вариант предполагает ситуацию, когда все детали подключены одна за другой от одного полюса источника питания к другому.
Как показано на схеме, мы используем батарею с номинальным напряжением 9 вольт и три резистора 10, 20 и 30 Ом соответственно. Поскольку мы не знаем номинальный ток, рассчитаем напряжение и сопротивление:
P = U 2 /R = 81 / (10+20+30) = 1,35 W
Для параллельной цепи возьмем в качестве примера участок цепи с двумя резисторами и одним источником тока:
Как видите, для удобства расчета нам необходимо ввести параллельно соединенные резисторы в эквивалентную схему цепи, из которой мы получаем:
Затем мы можем найти требуемую мощность нагрузки через значение тока и сопротивления:
P = I 2 *R = 25*6 = 150 W
Измерение постоянного тока
Методы этой группы являются более точными, поскольку основаны на прямом измерении тока. Существует два устройства для выполнения этой процедуры в домашних условиях.
Измерение с помощью токовых клещей
Токовые клещи наиболее удобны в использовании, поскольку не требуют прерывания контролируемой цепи. Они выполнены в виде ручного устройства с измерительным блоком на основе тороидального сердечника. Для измерения тока устройство открывают, как губки плоскогубцев, а затем закрывают, охватывая проводник, рис. 3. Фактическое значение тока считывается по изменению магнитного поля, которое регистрируется датчиком Холла.
Измерение с помощью тестера
Второй метод основан на использовании тестера, который переводится в режим амперметра и включается в разомкнутую цепь. Сложность выполнения этой процедуры простыми средствами делает ее менее популярной на практике. Не стоит забывать, что некоторые модели тестеров не имеют защиты по току и выходят из строя (перегорают) в случае неправильного диапазона (перегрузки по току).
Применение
Как видно, мощность электроприборов может быть определена различными способами. Выбор того или иного зависит от уровня технической подготовки пользователя и наличия необходимых приборов, а наличие нескольких из них можно использовать для проверки точности расчетов и измерений.
Простота реализации любого из рассмотренных выше способов позволяет не перегружать электрические розетки и достаточно быстро и точно определить реальное потребление тока в том случае, если электроприбор не имеет паспортного номера.
Поделиться в социальных сетях
Оставить комментарий Отменить ответ
© 2022 Сайт АГУТП
Информация на этом сайте предназначена только для ознакомительных целей. Для проведения электротехнических работ всегда обращайтесь к квалифицированному специалисту.
Работа и мощность тока: как мы платим за электричество?
У каждого в доме есть счетчик, по показаниям которого мы ежемесячно оплачиваем электроэнергию, внося определенную сумму. количество киловатт-часы. Что такое эти киловатт-часы? За что мы платим непосредственно? Давайте выясним.
Мы используем электричество с определенной целью. Электричество работает, и поэтому наши приборы работают. Что такое работа электричества? Очевидно, что работа тока по перемещению электрического заряда по цепи равна напряжению в этой цепи. Если заряд изменяется, например, очень сильно, то работа будет соответственно больше.
Работа, которую электрическое поле совершает над свободными зарядами в проводнике, называется работой тока
Работа электрического тока описывает процесс преобразования энергии первого рода (энергии электрического поля) в энергию другого рода (внутреннюю энергию тел, в механическую энергию). Работа тока в цепи: формула
где A – работа, U – напряжение и I – сила тока,
Работа тока измеряется в джоулях (1 Дж).
1 Дж = 1 В * 1 А * 1 с. Другими словами, для измерения работы, совершаемой током, нам нужны три прибора: амперметр, вольтметр и таймер. Счетчики электроэнергии, которые устанавливаются в жилых помещениях, как бы объединяют все эти приборы в одном. Они
Читать далее: Бытовые лампочки как выбрать
Они определяют работу, совершаемую электричеством. Работа, выполняемая электричеством в нашем доме, – это энергия, которую оно использует для питания.
Это энергия, которую потребляют все приборы в доме. Это то, за что мы платим.
Мы платим за. Однако мы платим не за джоуль, а за киловатт-час.
Электроэнергия: формула
Электричество – это физический процесс. Проще говоря, это упорядоченное движение заряженных частиц. Его поток можно измерить и выразить символически и в цифровом виде. Формула электрического тока выражает качественную и количественную характеристику через сопротивление проводника, напряжение или разность потенциалов, а также его силу. Поскольку, по крайней мере, любое движение чего-либо подразумевает необходимость совершения работы, мы можем дополнительно говорить об электричестве с помощью формулы силы электрического тока.
Основные понятия и формулы, характеризующие электрический ток
Количественным параметром электрического тока является его мощность, которая является скалярной величиной и выражается отношением заряда (обычно обозначается буквой q) к промежутку времени (t), за который он пересекает участок проводника. Поэтому формула для силы электрического тока, или, точнее, его силы, – I=q/t. Она измеряется в амперах. Поскольку скалярные величины являются вещественными числами и определяются исключительно значением, ток не может иметь отрицательный знак. Поскольку величина заряда не является постоянным параметром для различных электрических цепей, было введено понятие плотности электрического тока (j), формула которой выглядит следующим образом – j=I/S, где S – площадь, пересекаемая зарядами. Таким образом, при увеличении силы тока и уменьшении сечения проводника плотность тока увеличивается, и наоборот. Как уже говорилось выше, необходимыми параметрами электричества, а точнее электрической цепи, являются напряжение в ней и сопротивление токоведущих частей.
