Зависимость мощности от тока: Как зависит мощность от напряжения | Сруб Всем! — Строительство деревянных домов из бревна, бруса и бревен

Содержание

Исследование зависимости мощности и КПД источника тока от внешней нагрузки

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ:

, (1)

I- сила тока в цепи; Е- электродвижущая сила источника тока, включённого в цепь; R- сопротивление внешней цепи; r- внутреннее сопротивление источника тока.

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

. (2)

Из формулы (2) видно, что при коротком замыкании цепи (R®0) и при R®эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность Р₁> 0. Следовательно, функция Р₁ имеет максимум. Значение R₀, соответствующее максимальной мощности, можно получить, дифференцируя Р₁ по R и приравнивая первую производную к нулю:

. (3)

Из формулы (3), с учётом того, что R и r всегда положительны, а Е ? 0, после несложных алгебраических преобразований получим:

R₀= r. (4)

Следовательно, мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает наибольшего значения при сопротивлении внешней цепи равном внутреннему сопротивлению источника тока.

При этом сила тока в цепи (5)

равна половине тока короткого замыкания. При этом мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает своего максимального значения, равного

. (6)

Когда источник замкнут на внешнее сопротивление, то ток протекает и внутри источника и при этом на внутреннем сопротивлении источника выделяется некоторое количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение этого тепла равна

. (7)

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи , определится формулой

= I²

(R+r) = IE (8)

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ источника тока равен . (9)

Из формулы (8) следует, что

, (10)

т.е. Р₁ изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I = 0 и при . Первое значение соответствует разомкнутой цепи ( R>> r ), второе – короткому замыканию ( R<< r). Зависимость к.п.д. от силы тока в цепи с учётом формул (8), (9), (10) примет вид

(11)

Таким образом, к.п.д. достигает наибольшего значения h =1 в случае разомкнутой цепи ( I = 0), а затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в нуль при коротком замыкании.

Зависимость мощностей Р₁, Р_полн= EI и к.п.д. источника тока от силы тока в цепи показаны на рис.1.

Рис.1. I₀E/r

Из графиков видно, что получить одновременно полезную мощность и к.п.д. невозможно. Когда мощность, выделяемая на внешнем участке цепи Р₁, достигает наибольшего значения, к.п.д. в этот момент равен 50%.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Рис. 2.

Соберите на экране цепь, показанную на рис. 2. Для этого сначала щелкните левой кнопкой мыши над кнопкой э.д.с. в нижней части экрана. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Щелкните левой кнопкой мыши в рабочей части экрана, где будет расположен источник э.д.с.

Разместите далее последовательно с источником резистор, изображающий его внутреннее сопротивление (нажав предварительно кнопку в нижней части экрана) и амперметр (кнопка там же). Затем расположите аналогичным образом резисторы нагрузки и вольтметр , измеряющий напряжение на нагрузке.

Подключите соединительные провода. Для этого нажмите кнопку провода внизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы. Щелкайте левой кнопкой мыши в местах рабочей зоны экрана, где должны находиться соединительные провода.

4. Установите значения параметров для каждого элемента. Для этого щелкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой . Затем щелкните на данном элементе. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, меняйте величину параметра и установите числовое значение, обозначенное в таблице 1 для вашего варианта.

Таблица 1. Исходные параметры электрической цепи

Номер

варианта

Е, В

10,0

9,5

9,0

8,5

8,0

8,5

9,0

9,5

r, Ом

4,8

5,7

6,6

7,5

6,4

7,3

8,2

9,1

5. Установите сопротивление внешней цепи 2 Ом, нажмите кнопку «Счёт» и запишите показания электроизмерительных приборов в соответствующие строки таблицы 2.

6. Последовательно увеличивайте с помощью движка регулятора сопротивление внешней цепи на 0,5 Ом от 2 Ом до 20 Ом и, нажимая кнопку «Счёт», записывайте показания электроизмерительных приборов в таблицу 2.

7. Вычислите по формулам (2), (7), (8), (9) Р₁, Р₂, Р_полн и h для каждой пары показаний вольтметра и амперметра и запишите рассчитанные значения в табл.2.

8. Постройте на одном листе миллиметровой бумаге графики зависимости P₁ = f(R), P₂ = f(R), P_полн=f(R), h = f (R) и U = f(R).

9. Рассчитайте погрешности измерений и сделайте выводы по результатам проведённых опытов.

Таблица 2. Результаты измерений и расчётов

R, Ом	2,0	2,5	3,0	…	20
U, В
I, А
P₁ , Вт
P₂, ВТ
P_полн, ВТ
h

Вопросы и задания для самоконтроля

Запишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
Что такое ток короткого замыкания?
Что такое полная мощность?
Как вычисляется к.п.д. источника тока?
Докажите, что наибольшая полезная мощность выделяется при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений цепи.
Верно ли утверждение, что мощность, выделяемая во внутренней части цепи, постоянна для данного источника?
К зажимам батарейки карманного фонаря присоединили вольтметр, который показал 3,5 В.
Затем вольтметр отсоединили и на его место подключили лампу, на цоколе которой было написано: Р=30 Вт, U=3,5 В. Лампа не горела.
Объясните явление.
При поочерёдном замыкании аккумулятора на сопротивления R1 и R2 в них за одно и то же время выделилось равное количество тепла. Определите внутреннее сопротивление аккумулятора.

1.2. Зависимость полезной мощности источника электрического тока от силы тока и внешнего сопротивления

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника постоянного тока и внешнего сопротивления R (рис. 1). При протекании тока через такую цепь источником ЭДС выполняется работа и в цепи выделяется мощность.

Полезной мощностью называют мощность, которая выделяется на внешнем сопротивлении. Из закона Джоуля-Ленца (10*) полезная мощность равняется , а из закона Ома для участка цепи. Тогда полезная мощность будет

(1)

где – падение напряжения на внешнем сопротивлении. При протекании тока по цепи также выделяется „бесполезная” мощность – разогревается источник ЭДС. По закону Джоуля-Ленца эта мощность равняется. Полная мощность, которая выделяется во всей цепи, равняется. Используя закон Ома для полной цепи, можно найти полную мощность

(2)

Итак, полная мощность, которая выделяется в цепи, равняется произведению силы тока на ЭДС источника тока.

Пусть в цепи можно менять внешнее сопротивление . Проанализируем, как полезная и полная мощности зависят от силы тока и внешнего сопротивления.

Полезная мощность равняется разности между полной мощностью и „бесполезной”:

(3)

Рис. 2

Из этого выражения видно, что полезная мощность является квадратичной функцией силы тока I. График этой функции будет представлять собой параболу (рис. 2).

Из рис. 2 вытекает, что в двух случаях:

когда цепь разомкнута (R = ∞), то сила тока в цепи I = 0;
когда возникло короткое заключение, при этом R = 0, а сила тока в цепи будет максимальной .

Меняя величину внешнего сопротивления, можно достичь некоторого значения силы тока в цепи, при котором полезная мощность будет максимальной. Найдем этот ток. Для этого найдем первую производную и приравняем ее нулю. Из выражения (3) имеем:

(4)

Отсюда вытекает

(5)

а ток , при котором выделяется максимальная полезная мощность, равняется. С другой стороны, на основании закона Ома для полной цепи, где– сопротивление, при котором выделяется максимальная полезная мощность. Приравнивая два последних выражения, находим, что

(6)

Таким образом, полезная мощность будет максимальной при условии равенства внешнего и внутреннего сопротивлений.

Зависимость полезной мощности от внешнего сопротивления можно найти из закона Джоуля-Ленца и закона Ома для полной цепи

(7)

График зависимости показан на рис. 3 (криваяб). Максимум функции можно найти, приравниваянулю

(8)

Из (8) также вытекает ожидаемое равенство .

а – полная мощность

б – корисна потужність

Рис. 3

Рассмотрим теперь, как полная мощность зависит от внешнего сопротивления. Используя выражение (2) и закон Ома для полной цепи находим зависимость полной мощности от внешнего сопротивления:

. (9)

График этой зависимости показана на рис. 3 (кривая а). При изменении внешнего сопротивления от нуля (короткое заключение) до бесконечности (цепь разомкнута) полная мощность будет убывать от максимального значения до нуля.

Зависимость коэффициента полезного действия источника электрического тока от силы тока и внешнего сопротивления цепи

Коэффициент полезного действия (КПД) равняется отношению полезной мощности (1) к полной мощности (2), которая выделяется во всей цепи

(10)

Сначала найдем зависимость КПД от силы тока. Если разделить выражение (3) для полезной мощности на выражение (1) для полной мощности, получим

(11)

Итак, КПД представляет собой линейную функцию от силы тока (рис. 4). Когда I → 0 (цепь разомкнут), то . При коротком заключении, ток короткого заключения

(12)

и КПД будет .

Чтобы найти зависимость КПД от внешнего сопротивления, подставим в (9) выражение для из закона Ома для участки цепи, а выражение для– из закона Ома для полной цепи. Тогда

(13)

Из соотношения (13) вытекает:

Приведенный анализ показывает, что при увеличении внешнего сопротивления КПД асимптотично приближается к единице (рис. 5).

Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

Навигация по справочнику TehTab.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Понятия и формулы для электричества и магнетизма. / / Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

Цепь постоянного тока (или, строго говоря, цепь без комплексного сопротивления)

Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока.

P = мощность (Ватт)

U = напряжение (Вольт)

I = ток (Ампер)

R = сопротивление (Ом)

r = внутреннее сопротивление источнка ЭДС

ε = ЭДС источника

Тогда для всей цепи:

I=ε/(R +r) — закон Ома для всей цепи.

И еще ниже куча формулировок закона Ома для участка цепи :

Электрическое напряжение:

U = R* I — Закон Ома для участка цепи
U = P / I
U = (P*R)^1/2

Электрическая мощность:

P= U* I
P= R* I²
P = U ²/ R

Электрический ток:

I = U / R
I = P/ E
I = (P / R)^1/2

Электрическое сопротивление:

R = U / I
R = U ²/ P
R = P / I²

НЕ ЗАБЫВАЕМ: Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.

Цепь переменного синусоидального тока c частотой ω.

Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока и частоты.

Напомним, что любой сигнал, может быть с любой точностью разложен в ряд Фурье, т.е. в предположении, что параметры сети частотнонезависимы — данная формулировка применима ко всем гармоникам любого сигнала.

Закон Ома для цепей переменного тока:

где:

Естественно, применительно к цепям переменного тока можно говорить и об активной/реактивной мощности.

U = U₀e^iωt напряжение или разность потенциалов,
I сила тока,
Z = Re^—iφ комплексное сопротивление (импеданс)
R = (R_a²+R_r²)^1/2 полное сопротивление,
R_r = ωL — 1/ωC реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
R_а активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
φ = arctg R_r/R_a — сдвиг фаз между напряжением и током.

Дополнительная информация:

Электростатика.
Закон Ома.
Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.
Формулы. Электрическое сопротивление проводника при постоянном токе, зависимость сопротивления проводника от температуры, индуктивное и ёмкостное (реактивное) сопротивление, полное реактивное сопротивление, полное сопротивление цепи при переменном токе
Коэффициент мощности (cos φ, косинус фи ), Полная (кажущаяся), активная и реактивная мощность электродвигателя=электромотора и не только его. Коэффициент мощности для трехфазного электродвигателя.

Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.

TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

| Исследование зависимости мощности от внешней нагрузки

Таблица 7.4

Результаты измерений L = ____ мГн


	C ,	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
мкФ

	рез

0
V0C
	0
	1
	C

Обработка данных и анализ результатов

1. Постройте на одном листе графики зависимости резонансной частоты рез от корня из обратной ёмкости 1C при трёх значениях

индуктивности L .

2. Для каждой прямой определите котангенс угла наклона по формуле:

ctg( ) C Aэксп.

рез

3. Вычислите теоретическое значение константы Aтеор для каж-

дой прямой по формуле Aтеор L .

4. Заполните таблицу 7.5 результатов измерений.

	Результаты измерений	Таблица 7.5

Номер измерения		Aэксп, Гн1/2	Aтеор, Гн1/2

Сделайте выводы по графикам и результатам измерений.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение вынужденным колебаниям.

2. Что такое колебательный контур?

3. Когда возникают вынужденные гармонические колебания?

4. Как графически изображается комплексная величина?

5. Что такое комплексная амплитуда тока или напряжения?

6. Дайте определение импеданса.

7. Что такое полное электрическое сопротивление?

8. Чему равен импеданс резистора?

9. Чему равен импеданс идеальной катушки индуктивности?

10. Как формулируется закон электромагнитной индукции для катушки?

11. Чему равен импеданс конденсатора?

12. Чему равны реактивные сопротивления катушки и конденса-тора?

13. Чему равно реактивное сопротивление последовательно со-единённых катушки и конденсатора?

14. Чему равен импеданс колебательного контура?

15. Чему равно полное сопротивление колебательного контура?

16. Дайте определение резонанса для тока в колебательном кон-туре.

17. На какой частоте наблюдается резонанс для тока в колеба-тельном контуре?

18. На какой частоте наблюдается резонанс для напряжения на конденсаторе в колебательном контуре?

19. Чему равно отношение амплитуд напряжения на конденсато-ре при резонансе и ЭДС?

20. Чему равно характеристическое сопротивление контура? Как оно влияет на добротность?

21. Что такое резонансная кривая контура?

Лабораторная работа № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ

И КПД ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКИ

Запустите программу. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Мощность и КПД источника постоянного тока». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения.

Цель работы:

знакомство с компьютерным моделированием цепей посто-янного тока;

исследование зависимости мощности и КПД источника по-стоянного тока от сопротивления внешней цепи.

Краткие сведения из теории

Закон Ома для полной цепи:

I		E	,
	R r
где I – сила тока в цепи;

E – электродвижущая сила источника тока (ЭДС), включённого в
цепь;
R – сопротивление внешней цепи;
r – внутреннее сопротивление источника тока.
Мощность, выделяемая во внешней цепи:
P I 2 R		E 2		R .	(8.1)
R r 2
1

Из формулы (8.1) видно, что при коротком замыкании цепи, т. е. при R 0 и при R , эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность P1 0 . Следовательно, функция P1

имеет максимум. Значение R0 , соответствующее максимальной мощ-ности, можно получить, дифференцируя P1 по R и приравнивая пер-вую производную к нулю:

dP1	E 2 R0	r 2 2 R0	r R	0 .	(8.2)
dR	R0 r 4
			всегда положитель-
Из формулы (8.2) с учётом того, что R и r
ны, а E 0 , после несложных алгебраических преобразований полу-
чим:		R0 r .			(8.3)

Следовательно, мощность, выделяемая во внешней цепи, дости-

гает наибольшего значения при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника тока (8.3). При этом сила тока в цепи равна:

I	E		Iкз	.	(8.4)
2r
	2
То есть сила тока в цепи равна половине тока короткого замы-
кания (8.4).
При этом мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает
своего максимального значения, равного
P		E 2	.	(8.5)

1max 4r

Когда источник замкнут на внешнее сопротивление, то ток про-

текает и внутри источника, и на внутреннем сопротивлении источни-ка выделяется некоторое количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение этого тепла, равна:

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи, оп-ределится формулой:

P	P P I 2 R I 2r I 2	(R r) IE .	(8.7)
полн	12

Коэффициент полезного действия источника тока равен:

	P1	R
			.	(8.8)
P	R r
	полн

Из формулы (8.8) следует, что

P P	P EI I 2r ,	(8.9)
1полн	2

т. е. P1 изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I 0 и при I Er . Первое

значение соответствует разомкнутой цепи ( R r ), второе – коротко-му замыканию ( R r ). Зависимость КПД от силы тока в цепи с учё-том формул (8.7) – (8.9) примет вид:

Таким образом, КПД достигает наибольшего значения 1 в

случае разомкнутой цепи ( I 0 ), а затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в нуль при коротком замыкании.

Зависимость мощностей P1 , Pполн EI и КПД источника тока от силы тока I в цепи показаны на рисунке 8.1.

КПД

Рис. 8.1. Зависимость мощности и КПД от силы тока

Из графиков видно, что получить одновременно полезную мощ-ность и КПД невозможно. Когда мощность, выделяемая на внешнем участке цепи P1 , достигает наибольшего значения, КПД в этот момент

равен 50 %.

Методика и порядок измерений

1. Соберите на экране цепь, показанную на рисунке 8.2. Для это-

го сначала щёлкните левой кнопкой мыши над кнопкой ЭДС в нижней части экрана. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Щёлкните левой кнопкой мыши в ра-бочей части экрана, где будет расположен источник ЭДС.

Рис. 8.2. Цепь постоянного тока

2. Разместите далее последовательно с источником резистор, изображающий его внутреннее сопротивление (нажав предварительно

кнопку в нижней части экрана) и амперметр (кнопка там же). Затем расположите аналогичным образом резисторы нагрузки и вольтметр , измеряющий напряжение на нагрузке.

3. Подключите соединительные провода. Для этого нажмите

кнопку провода внизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы. Щёлкайте левой кнопкой мыши в мес-тах рабочей зоны экрана, где должны находиться соединительные провода.

4. Установите значения параметров для каждого элемента. Для

этого щёлкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой . Затем щёлкните на данном элементе. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая её в нажатом состоянии, меняйте величину параметра и установите числовое значение, обозначенное в таблице 8.1, для вашей бригады.

Таблица 8.1

Исходные параметры электрической цепи (не перерисовывать)

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8

E , В	10,0	9,5	9,0	8,5	8,0	8,5	9,0	9,5
r , Ом	4,8	5,7	6,6	7,5	6,4	7,3	8,2	9,1

5. Установите сопротивление внешней цепи 2 Ом, нажмите кнопку «Счёт» и запишите показания электроизмерительных прибо-ров в соответствующие строки таблицы 2.

6. Последовательно увеличивайте с помощью движка сопротив-ление внешней цепи на 0,5 Ом от 2 до 20 Ом и, нажимая кнопку «Счёт», записывайте показания электроизмерительных приборов в таблицу 8.2.

							Таблица 8.2
		Результаты измерений и расчётов
R , Ом	2,0		2,5	3,0	3,5	4,0	5,0	…….	20
U , В
I , А
P1 , Вт
P2 , Вт
Pполн, Вт Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку. Другие статьи Похожая информация Узнать стоимость за 15 минут Распродажа дипломных Скидка 30% по промокоду Diplom2020 А ты боишься COVID-19? Пройди опрос и получи промокод

Примеры решения задач. Зависимость мощности и кпд источника тока от нагрузки Мощность, выделяемая во внешней цепи

Рассмотрим энергетические соотношения в замкнутой цепи постоянного тока. На рис. 106 была представлена замкнутая цепь постоянного тока, питаемая элементом э. д. с. Ш и с внутренним сопротивлением внешнее сопротивление цепи обозначим через R. Полная мощность, выделяемая в цепи, будет слагаться из мощностей, выделяемых во внешней и внутренней частях цепи:

W = l1R-rriR№ = ]i(R-:-Rll),

или, так как по формуле (За) § 164 I (R-{- R0) — £, то

Таким образом, полная мощность, выделяемая в цепи, выражается произведением из силы тока на э. д. с. элемента. Эта мощность выделяется за счет каких-либо сторонних источников энергии; такими источниками энергии могут быть, например, химические реакции, происходящие в элементе.

Следовательно, в цепи постоянного тока сторонние силы развивают положительную мощность 1Ш.

6 С. Фриш к А. Тиыорева

замыкается внешним сопротивлением R-, определим зависимость от R следующих» величин: полной Мощности W, выделяемой в цепи, мощности Wa, выделяемой во внешней части цепи, и к. п. д. % который численно равен отношению мощности, выделяющейся во внешней части цепи, ко всей мощности.г

При увеличении R мощность спадает, стремясь асимптотически к нулю при неограниченном увеличении R.

Мощность, выделяющаяся во внешней части цепи, равна:

При токе короткого замыкания R = 0, откуда мощность, выделяемая во внешней части цепи, при этом равна нулю. Наибольшего значения Wa достигает при R = R(I, т. е. когда внешнее сопротивление равно внутреннему. При этом

т. е. равна четверти мощности при коротком замыкании.

Чтобы убедиться в том, что максимум мощности Wa получается при R=Rt>, возьмем производную от Wa по внешнему сопротивлению:

1- -(R*-R*) dR (R + Ro)4

По условию максимума требуется равенство нулю первой производной:,

Откуда R = Ra.

Можно убедиться, что при этом условии мы получаем максимум, а не минимум для Wa, определив знак второй производной.

При бесконечном увеличении внешнего сопротивления мощность, выделяемая во внешней цепи, стремится к нулю.

Коэффициент полезного действия определим отношением мощности Wa, выделяемой во внешней части цепи, ко всей мощности W:

При R = 0 имеем -rj = 0; с увеличением R к. п. д. т) возрастает, стремясь к значению i]=;l при неограниченном увеличении R, однако при этом мощность, выделяющаяся во внешней цепи, стремится к нулю, поэтому условие максимума к. п. д. с практической точки зрения не интересно.

На рис. 109 кривая / дает зависимость мощности Wa, выделяемой во внешней части цепи, от сопротивления внешней части цепи R-, кривая 2″ дает зависимость, от R полной мощности W; наконец, кривая 3 дает ход к. п. д. щ от того же внешнего сопротивления R. Как видно, »] возрастает с возрастанием R.

Наиболее же интересная, с практической точки зрения, мощность Wa, выделяемая во внешней части цепи, сперва возрастает, а затем, достигнув при R = R() максимума, начинает спадать.

При R = R0, когда Wa имеет максимум, =

Проводник 1 и проводник 2,3 соединены последовательно. Их так же можно заменить одним эквивалентным проводником, сопротивление которого равно сумме сопротивлений проводников 1 и 2,3. Найдя это сопротивление, вновь рисуем преобразованную цепь. В этой цепи проводник 1,2,3 соединен параллельно с проводником 5. Сопротивление параллельно соединенных проводников можно так же рассчитать по известной формуле и заменить одним проводником с эквивалентным сопротивлением 1,2,3,5.

Например, если бы мы имели дело с четырьмя проводниками, соединенными так, как показано на схеме, задача решалась бы элементарно. Пары проводников 1,2 и 3,4 соединены последовательно. Их можно заменить эквивалентными им проводниками. Эти эквивалентные проводники соединены параллельно, и их также легко заменить одним общим проводником. (Если бы сопротивления проводников были равны 10 Ом каждое, тогда общее сопротивление цепи так же получились равным 10 Ом).

Пусть в точку А втекает ток силой I 0 . В этой точке ток разветвляется. Часть его течет через верхнюю часть цепи, часть через нижнюю. Может получиться так, что ток, который течет по верхнему и нижнему участкам, одинаков.

В задачах на расчет электрических цепей полезно проводить аналогию между электрическим током и током воды в трубах. Попробуем мысленно провести такую замену в рассматриваемой задаче.

Пусть для простоты трубы 1, 2, 3, 4 одинаковы по сечению и длине. По двум параллельным ветвям текут одинаковые токи. Дальше трубы сходятся в одну трубу. Очевидно, что ток втекающий равен току вытекающему. Если поставить перешеек, соединяющий два трубопровода, то в этот перешеек, в силу равенства напоров с двух сторон, вода не потечет ни в одну, ни в другую сторону, каким бы ни был перешеек. Этот перешеек вполне можно из рассмотрения процесса исключить.

Так же и в электрических цепях. Если окажется, что потенциалы точек С и Д равны между собой, то тока через проводник 5 не будет.

Таким образом, когда мы доходим до принципиально не преобразуемой электрической цепи, надо в этой цепи попытаться найти точки с равными потенциалами. Если удастся это сделать, то всякий проводник, соединяющий эти точки, из цепи можно исключить. Так же точки с равными потенциалами можно соединить между собой любым проводником, в том числе и с нулевым сопротивлением.

В данном случае, потенциалы точек С и Д будут равными при равенстве сопротивлений проводников 1–4.

Равными могут быть сопротивления проводников 1 и 3, 2 и 4. Все равно, силы токов в верхней и нижней ветвях будут равны между собой. Падения напряжений на проводниках 1 и 3, 2 и 4 также будут равны между собой, поэтому ток в цепи резистора 5 будет отсутствовать. В силу этого, резистор 5, при любом его сопротивлении, можно выбросить из рассмотрения.

Однако может получиться, что потенциалы точек С и Д друг другу не равны. Тогда протекание токов I 1 и I 3 следует рассматривать дальше. Допустим, что ток I 1 > I 3 . I 1 доходит до точки С, и разветвляется дальше. Часть тока идет через резистор 2, а часть через резистор 5. Токи I 4 и I 3 сходятся в точке Д. Эти токи идут дальше через резистор 4, поэтому ток I 5 равен сумме токов I 4 и I 3 . Ток I 5 сольется с током I 2 и образует ток, равный исходному току I 0 .

Таким образом заключаем следующее.

Далее в цепи необходимо выделить замкнутые контуры. Для этого берется произвольная точка и начинается движение по цепи так, чтобы вернуться в эту точку. При обходе надо придерживаться одного направления. Число контуров должно быть таким, чтобы можно было обойти все элементы цепи.

Если в контуре отсутствуют источники тока, то сумма падений напряжений равна нулю. Обойдем элементы 1–5–3, двигаясь по часовой стрелке.

Полученную систему уравнений можно решить относительно неизвестных величин.

В предыдущем параграфе было показано, что электрическая цепь имеет две существенно различные части. Часть цепи, в которой заряды движутся по направлению действия электрических сил на рис. 16.3), называют внешней, а часть цепи, в которой заряды движутся в сторону действия сторонних сил на рис. 16.3), называют внутренней. Иначе говоря, внутренней цепью является источник электрической энергии, а внешней — вся остальная часть цепи.

Те точки, в которых внешняя цепь граничит с внутренней, называют полюсами. Во внешней цепи заряды движутся из одной точки в другую только при наличии разности потенциалов; поэтому, когда в замкнутой цепи идет ток, потенциал во внешней цепи от точки к точке уменьшается (в направлении от А к В на рис. 16.3). Таким образом, у одного из полюсов имеется самый большой потенциал, а у другого — самый маленький потенциал по сравнению с другими точками цепи. Полюс с наибольшим

потенциалом называют положительным и обозначают знаком «+», а полюс с наименьшим потенциалом называют отрицательным и обозначают знаком «-».

В схемах электрических цепей применяются условные обозначения, показанные на рис. 16.4. Принято считать, что тонкая длинная черта в обозначении источника электрической энергии является положительным полюсом, а короткая толстая — отрицательным.

Схема простой электрической цепи с включением измерительных приборов показана на рис. 16.5. Напомним, что за направление тока во внешней цепи принимают движение положительных зарядов от положительного полюса к отрицательному (§ 16.2), а во внутренней — от отрицательного полюса к положительному, хотя в металлах электроны движутся в обратную сторону.

Поскольку во внешней цепи по направлению тока потенциал от точки к точке падает, напряжение на любом участке, составляющем часть внешней цепи (рис. 16.5), меньше, чем напряжение на полюсах источника, т. е. на всей внешней цепи. Заметим, что это справедливо только при наличии тока в цепи. Если цепь разомкнуть, то потенциал всех точек проводника, соединенного с одним из полюсов, будет один и тот же. (Подумайте, существует ли при этом напряжение между полюсами.)

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ:

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

. (2)

Из формулы (2) видно, что при коротком замыкании цепи (R ®0) и при R ® эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность Р 1 > 0. Следовательно, функция Р 1 имеет максимум. Значение R 0 , соответствующее максимальной мощности, можно получить, дифференцируя Р 1 по R и приравнивая первую производную к нулю:

. (3)

Из формулы (3), с учётом того, что R и r всегда положительны, а Е? 0, после несложных алгебраических преобразований получим:

При этом сила тока в цепи (5)

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи, определится формулой

= I 2 (R+r ) = IE (8)

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ источника тока равен . (9)

Из формулы (8) следует, что

т.е. Р 1 изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I = 0 и при . Первое значение соответствует разомкнутой цепи (R>> r), второе – короткому замыканию (R

Таким образом, к.п.д. достигает наибольшего значения h =1 в случае разомкнутой цепи (I = 0), а затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в нуль при коротком замыкании.

Зависимость мощностей Р 1 , Р полн = EI и к.п.д. источника тока от силы тока в цепи показаны на рис.1.

Рис.1. I 0 E/r

Из графиков видно, что получить одновременно полезную мощность и к.п.д. невозможно. Когда мощность, выделяемая на внешнем участке цепи Р 1 , достигает наибольшего значения, к.п.д. в этот момент равен 50%.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Таблица 1. Исходные параметры электрической цепи

7. Вычислите по формулам (2), (7), (8), (9) Р 1 , Р 2 , Р полн и h для каждой пары показаний вольтметра и амперметра и запишите рассчитанные значения в табл.2.

8. Постройте на одном листе миллиметровой бумаге графики зависимости P 1 = f(R), P 2 = f(R), P полн =f(R), h = f (R) и U = f(R).

9. Рассчитайте погрешности измерений и сделайте выводы по результатам проведённых опытов.

Таблица 2. Результаты измерений и расчётов

Вопросы и задания для самоконтроля

Запишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
Что такое ток короткого замыкания?
Что такое полная мощность?
Как вычисляется к.п.д. источника тока?
Докажите, что наибольшая полезная мощность выделяется при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений цепи.
Верно ли утверждение, что мощность, выделяемая во внутренней части цепи, постоянна для данного источника?
К зажимам батарейки карманного фонаря присоединили вольтметр, который показал 3,5 В.
Затем вольтметр отсоединили и на его место подключили лампу, на цоколе которой было написано: Р=30 Вт, U=3,5 В. Лампа не горела.
Объясните явление.
При поочерёдном замыкании аккумулятора на сопротивления R1 и R2 в них за одно и то же время выделилось равное количество тепла. Определите внутреннее сопротивление аккумулятора.

1. Чему равно время прохождения тока силой 5 А по проводнику, если при напряжении на его концах 120 В в проводнике выделяется количество теплоты, равное 540 кДж? (Ответ дайте в секундах.)

2. В электронагревателе с неизменным сопротивлением спирали, через который течёт постоянный ток, за время t выделяется количество теплоты Q . Если силу тока и время t увеличить вдвое, то во сколько раз увеличится количество теплоты, выделившееся в нагревателе?

3. Резистор 1 с электрическим сопротивлением 3 Ом и резистор 2 с электрическим сопротивлением 6 Ом включены последовательно в цепь постоянного тока. Чему равно отношение количества теплоты, выделяющегося на резисторе 1, к количеству теплоты, выделяющемуся на резисторе 2 за одинаковое время?

4. На рисунке показан график зависимости силы тока в лампе накаливания от напряжения на её клеммах. Какова мощность тока в лампе при напряжении 30 В? (Ответ дайте в ваттах.)

Ученик собрал электрическую цепь, изображенную на рисунке. Какая энергия выделится во внешней части цепи при протекании тока в течение 10 мин? (Ответ выразите в кДж. Необходимые данные указаны на схеме. Амперметр считать идеальным.)

6. К источнику тока с ЭДС 2 В подключён конденсатор ёмкостью 1 мкФ. Какую работу совершил источник при зарядке конденсатора? (Ответ дайте в мкДж.)

7. К источнику тока с ЭДС 2 В подключен конденсатор емкостью 1 мкФ. Какое тепло выделится в цепи в процессе зарядки конденсатора? (Ответ дайте в мкДж.) Эффектами излучения пренебречь.

8. К идеальному источнику тока с ЭДС 3 В подключили конденсатор ёмкостью 1 мкФ один раз через резистор а второй раз — через резистор Во сколько раз во втором случае тепло, выделившееся на резисторе, больше по сравнению с первым? Излучением пренебречь.

9. К источнику тока с ЭДС 4 В и внутренним сопротивлением подсоединили нагрузочное сопротивление. Чему оно должно быть равно, чтобы КПД источника был равен 50 %? (Ответ дайте в омах.)

10. В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, измерительные приборы идеальные, вольтметр показывает значение напряжения 8 В, а амперметр — значение силы тока 2 А. Какое количество теплоты выделится в резисторе за 1 секунду? (Ответ дайте в джоулях.)

11. Комната освещается четырьмя одинаковыми параллельно включёнными лампочками. Расход электроэнергии за час равен Q . Каким должно быть число параллельно включённых лампочек, чтобы расход электроэнергии в час был равен 2Q ?

12. Электрический чайник мощностью 2,2 кВт рассчитан на включение в электрическую сеть напряжением 220 В. Определите силу тока в нагревательном элементе чайника при его работе в такой сети. Ответ приведите в амперах.

13. На корпусе электропечи-ростера имеется надпись: «220 В, 660 Вт». Найдите силу тока, потребляемого ростером. (Ответ дайте в амперах.)

14. На цоколе электрической лампы накаливания написано: «220 В, 60 Вт». Две такие лампы соединяют параллельно и подключают к напряжению 127 В. Какая мощность будет выделяться в двух этих лампах при таком способе подключения? (Ответ дать в ваттах, округлив до целых.) При решении задачи считайте, что сопротивление лампы не зависит от приложенного к ней напряжения.

15. На цоколе электрической лампы накаливания написано: «220 В, 100 Вт». Три такие лампы соединяют параллельно и подключают к напряжению 127 В. Какая мощность будет выделяться в трёх этих лампах при таком способе подключения? (Ответ дать в ваттах, округлив до целых.) При решении задачи считайте, что сопротивление лампы не зависит от приложенного к ней напряжения.

16. В школьной лаборатории есть два проводника круглого сечения. Удельное сопротивление первого проводника в 2 раза больше удельного сопротивления второго проводника. Длина первого проводника в 2 раза больше длины второго. При подключении этих проводников к одинаковым источникам постоянного напряжения за одинаковые интервалы времени во втором проводнике выделяется количество теплоты в 4 раза большее, чем в первом. Каково отношение радиуса второго проводника к радиусу первого проводника?

17. В школьной лаборатории есть два проводника круглого сечения. Удельное сопротивление первого проводника в 2 раза больше удельного сопротивления второго проводника. Длина первого проводника в 2 раза больше длины второго. При подключении этих проводников к одинаковым источникам постоянного напряжения за одинаковые интервалы времени во втором проводнике выделяется количество теплоты в 4 раза меньшее, чем в первом. Чему равно отношение радиуса первого проводника к радиусу второго проводника?

18. R 1 , включённом в электрическую цепь, схема которой изображена на рисунке? (Ответ дать в ваттах.) R 1 = 3 Ом, R 2 = 2 Ом, R

19. Какая мощность выделяется в резисторе R 2 , включённом в электрическую цепь, схема которой изображена на рисунке? (Ответ дать в ваттах.) R 1 = 3 Ом, R 2 = 2 Ом, R 3 = 1 Ом, ЭДС источника 5 В, внутреннее сопротивление источника пренебрежимо мало.

20. R = 16 Ом, а напряжение между точками A и B равно 8 В? Ответ приведите в ваттах.

21. Какая мощность выделяется в участке цепи, схема которого изображена на рисунке, если R = 27 Ом, а напряжение между точками A и B равно 9 В? Ответ приведите в ваттах.

22. I = 6 А. Чему равна сила тока, которую показывает амперметр? (Ответ дайте в амперах.) Сопротивлением амперметра пренебречь.

23. Резистор с сопротивлением подключают к источнику тока с ЭДС и внутренним сопротивлением Если подключить этот резистор к источнику тока с ЭДС и внутренним сопротивлением то во сколько раз увеличится мощность, выделяющаяся в этом резисторе?

24.

I U на лампе. Такую лампу подключили к источнику постоянного напряжения 2 В. Какую работу совершит электрический ток в нити накаливания лампы за 5 секунд? Ответ выразите в Дж.

25.

На графике показана экспериментально полученная зависимость силы тока I , текущего через лампу накаливания, от напряжения U на лампе. Такую лампу подключили к источнику постоянного напряжения 4 В. Какую работу совершит электрический ток в нити накаливания лампы за 10 секунд? Ответ выразите в Дж.

26. Через участок цепи (см. рисунок) течёт постоянный ток I = 4 А. Какую силу тока покажет включённый в эту цепь идеальный амперметр, если сопротивление каждого резистора r = 1 Ом? Ответ выразите в амперах.

27. Точечный положительный заряд величиной 2 мкКл помещён между двумя протяжёнными пластинами, равномерно заряженными разноимёнными зарядами. Модуль напряжённости электрического поля, создаваемого положительно заряженной пластиной, равен 10 3 кВ/м, а поля, создаваемого отрицательно заряженной пластиной, в 2 раза больше. Определите модуль электрической силы, которая будет действовать на указанный точечный заряд.

28. Точечный положительный заряд величиной 2 мкКл помещён между двумя протяжёнными пластинами, равномерно заряженными положительными зарядами. Модуль напряжённости электрического поля, создаваемого одной пластиной, равен 10 3 кВ/м, а поля, создаваемого второй пластиной, в 2 раза больше. Определите модуль электрической силы, которая будет действовать на указанный точечный заряд. Ответ дайте в ньютонах.

29.

С , резистора сопротивлением R и ключа К. Конденсатор заряжен до напряжения U = 20 В. Заряд на обкладках конденсатора равен q = 10 –6 Кл. Какое количество теплоты выделится в резисторе после замыкания ключа К? Ответ выразите в мкДж.

30.

На рисунке приведена схема электрической цепи, состоящей из конденсатора ёмкостью С , резистора сопротивлением R и ключа К. Емкость конденсатора C = 1 мкФ, и он заряжен до напряжения U = 10 В. Какое количество теплоты выделится в резисторе после замыкания ключа К? Ответ выразите в мкДж.

31. Плавкий предохранитель счётчика электроэнергии в квартирной сети напряжением 220 В снабжён надписью: «6 А». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включить в сеть, чтобы предохранитель не расплавился? (Ответ дайте в ваттах)

При решении задач на смешанное соединение проводников надо попытаться преобразовать цепь и заменить параллельно и последовательно соединенные проводники эквивалентными им проводниками.

В приведенном примере следует иметь в виду, что первый и второй проводники нельзя считать соединенными последовательно, так как в точке их соединения имеется ответвление. По той же причине нельзя считать соединенными последовательно проводники 1–3 и 4–5.

Зависимость — мощность — излучение

Cтраница 1

Зависимость мощности излучения от N, которая пропорциональна cs 2 также иная. [1]

Зависимость мощности излучения от добавления водорода имеет более выраженный характер при ламповом источнике питания, нежели при тиратронном. [3]

Зависимость мощности излучения солютно черного тела Р — от длины волны л при разных температурах. [5]

Зависимость мощности излучения абсолютно черного тела ( еи — 1) от длины волны при различных температурах показана на рис. 4.10. Видно, что вплоть до 700 К практически все излучение приходится на инфракрасную область, поэтому как раз для этой области температур эффективно использование термоэлектрических радиационных пирометров. [6]

Зависимость мощности излучения абсолютно черного тела ( еи 1) от длины волны при различных температурах показана на рис. 4.10. Видно, что вплоть до 700 К практически все излучение приходится на инфракрасную область, поэтому как раз для этой области температур эффективно использование термоэлектрических радиационных пирометров. [7]

Такой характер зависимости мощности излучения от тока имеет место лишь в случае отсутствия полной ионизации газа. [8]

Аналогичным образом показать, что для релятивистских частиц зависимость мощности излучения от N определяется функцией ехр ( — 2Л / / 3 3) при N з Y3 так что опять-таки в пределе N — со излучение отсутствует. [9]

При измерении освещают фототиристор точечным источником света, для которого известна зависимость мощности излучения от потребляемого тока. В качестве такого источника может быть использован светодиод. Увеличивая ток в цепи источника, обычным способом фиксируют момент открывания тиристора. [11]

Полученные результаты показывают, что профиль формирующейся волны сжатия весьма чувствителен к характеру зависимости мощности излучения от времени. Это обстоятельство может быть использовано для диагностики ионного пучка. [12]

Таким образом, скорость на границе зоны поглощения с холодной частью мишени является чувствительной к характеру зависимости мощности излучения от времени. Изменение этой зависимости приводит к появлению качественных особенностей на профиле u ( t, 8), тогда как реальное распределение энергии в зоне поглощения слабо влияет на скорость, вызывая только небольшие количественные изменения. [13]

Таким образом, скорость на границе зоны поглощения с холодной частью мишени является чувствительной к характеру зависимости мощности излучения от времени. Изменение этой зависимости приводит к появлению качественных особенностей на профиле u ( t, 5), тогда как реальное распределение энергии в зоне поглощения слабо влияет на скорость, вызывая только небольшие количественные изменения. [14]

Страницы: 1 2

Зависимость мощности от частоты формула

Частота электрического тока выступает одним из параметров качества электроэнергии и основной характеристикой режима энергосистемы. Количественно частота в энергосети равна количеству периодов в секунду. Изменение частоты в сети влияет на функционирование и, соответственно, производительность работы потребителей. Также свое влияние оказывает отклонение частоты на работу всей энергосистемы.

Нормируемые требования к показателям

В РФ требования к качеству работы энергосистемы стандартизированы.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 частота в энергосистеме должна непрерывно поддерживаться на уровне f = 50 ± 0,2 Гц, при этом допускается кратковременное отклонение частоты до значения ∆f = 0,4 Гц.

Анализируя зависимость силы тока от частоты, можно сделать вывод, что если подключаемая нагрузка имеет чисто активный характер (к примеру, резистор), то в широком диапазоне сила тока от частоты иметь зависимость не будет. В случае достаточно высоких частот, когда индуктивность и ёмкость подключаемой нагрузки будут характеризоваться сопротивлением, сравнимым с активным, то сила тока будет иметь определенную зависимость от частоты.

Другими словами, при варьировании частоты тока происходит изменение ёмкостного сопротивления, изменение которого, в свою очередь, приводит к изменению тока, протекающего по цепи.

То есть при повышении частоты, снижается ёмкостное сопротивление, и повышается ток, протекающий по цепи.

Математическое выражение зависимости будет иметь следующий вид: I = UCω;

Зависимость при учете активного сопротивления будет определяться следующим выражением: I (ω) = UCω √(R2 • C2 • ω2 + 1).

Влияние частоты тока на электроприборы

Далее рассмотрим влияние частоты электрического тока. Увеличение частоты до сравнительно невысоких величин (1 — 10 тыс. Гц), обычно является следствием исключительно повышения номинальной мощности электроаппаратуры, поскольку таким образом возрастает проводимость газовых промежутков. Для измерения частоты в системе используют частотомеры.

Паровая турбина разрабатываются и создаются таким образом, чтобы при номинальной скорости вращения (частоте) обеспечивалась максимальная выходная мощность на валу. При этом уменьшение номинальной частоты является следствием возникновения потерь на удар пара о лопатки с единовременным повышением момента вращения, а повышение частоты — к снижению момента вращения.

Таким образом, наиболее экономичный режим работы достигается при оптимальной частоте.

Помимо этого, работа на пониженных частотах приводит к ускоренному износу рабочих лопаток и прочих частей и механизмов. Снижение частоты оказывает влияние на расход на собственные нужды станций.

Мощность — то, что характеризует скорость передачи с преобразованием электроэнергии. Какие есть нормы мощности в сети переменного тока и виды, что такое активная и реактивная мощность? Об этом и другом далее.

Нормы мощности в сети переменного тока

Напряжение и мощность — то, что нужно знать каждому человеку, живущему в квартире или частном доме. Стандартное напряжение сети переменного тока в квартире и частном доме выражается в количестве 220 и 380 ватт. Что касается определения количественной меры силы электрической энергии, необходимо сложить электрический ток с напряжением или же измерить необходимый показатель ваттметром. При этом чтобы сделать измерения последним аппаратом, нужно использовать щупы и специальные программы.

Мощность переменного тока определяется соотношением величины тока со временем, которая производит работу за определенное время. Обычный пользователь использует мощностный показатель, передаваемый ему поставщиком электрической энергии. Как правило, он равен 5-12 киловатт. Этих цифр хватает, чтобы обеспечить работоспособность необходимого бытового электрооборудования.

Этот показатель зависит от того, какие внешние условия поступления энергии в дом, какие поставлены ограничительные токовые устройства (автоматы или полуавтоматы), регулирующие момент поступления мощностных емкостей к потребительскому источнику. Это совершается на разных уровнях, от бытового электрощита до центрального устройства электрического распределения.

Характеристики

Переменный ток течет по цепи и меняет свое направление с величиной. Создает магнитное поле. Поэтому его нередко называют периодическим синусоидальным переменным электротоком. Согласно закону кривой линии, величина его меняется через конкретный промежуток времени. Поэтому он называется синусоидным. Имеет свои параметры. Из важных стоит указать период с частотой, амплитудой и мгновенным значением.

Период — это то время, на протяжении которого происходит изменение электротока, а затем оно повторяется вновь. Частота — период течение за секунду. Измеряется в герцах, килогерцах и миллигерцах.

Амплитуда — токовое максимальное значение с напряжением и эффективностью протекания на протяжении полного периода. Мгновенное значение — переменный ток или напряжение, возникающее за конкретное время.

Виды мощностей

Мощностью называется измеряемая физическая величина, которая равна скорости изменения с преобразованием, передачей или потреблением системной энергии. Согласно более узкому понятию, это показатель, который равен отношению затраченного времени на работы к самому периоду, который тратится на работу. Обозначается в механике символом N. В электротехнической науке используется буква P. Нередко можно увидеть также символ W, от слова ватт.

Мощность переменного тока -это произведение силы тока с напряжением и косинусом сдвига фаз. При этом беспрепятственно можно посчитать только активную и реактивную разновидность. Узнать полное мощностное значение можно через векторную зависимость этих показателей и площади.

Активная мощность

Активной называется полезная сила, определяющая процесс прямого преобразования электроэнергии в необходимый вид силы. В каждом электроприборе преобразовывается она по-своему. К примеру, в лампочке получается свет с теплом, в утюге — тепло, а в электрическом двигателе — механическая энергия. Соответственно, показывает КПД устройства.

Реактивная мощность

Реактивной называется та, которая определяется при помощи электромагнитного поля. Образуется при работе электроприборов. Обратите внимание! Это вредная и паразитная мощностная характеристика, которая определяется тем, каков характер нагрузки. Для лампочки она равняется нулю, а для электродвигателя она может быть равна большим значением.

Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД. Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости.

Обратите внимание! Что касается значения, то вторая нужна лишь для того, чтобы управлять создавшимся напряжением от первой величины и преодолевать мощностные колебания. Обе измеряются в ваттах и имеют большое значение в электромагнитном излучении, механической форме генератора или акустической волне. Активно применяются в промышленности.

Полная мощность

Полная — это сумма активной с реактивной мощностью. Равна сетевому мощностному показателю. Это произведение напряжения с током в момент игнорирования фазы угла между ними. Вся рассеиваемая с поглощаемой и возвращаемой энергией — это полная энергия.

Это произведение напряжения и тока, единица измерения которого это ватт, перемноженный на ампер. При активности цепи, полная равняется активной. Если речь идет об индуктивной или емкостной схеме, то полная больше, чем активная.

Комплексная мощность

Это сумма всех мощностных показателей фаз источника электроэнергии. Это комплексный показатель, модуль которого равняется полному мощностному показателю электроцепи. Аргументом является фазовый сдвиг между электротоком с сетевым напряжением. Может быть выражена уравнением, где суммарный мощностный показатель, который генерируют источники электроэнергии, равен суммарному мощностному показателю, который потребляется в электроцепи.

Обратите внимание! Вычисляется посредством использования соответствующей формулы. Так, необходимо комплексное напряжение перемножить на комплексны ток или же удвоенное значение комплексного тока перемножить на импеданс. Также можно удвоенное значение комплексного напряжения поделить на удвоенное значение импеданса.

Как узнать какая мощность в цепи переменного тока

Стоит указать, что это величина, которая прямо связывается с иными показателями. К примеру, она находится в прямой зависимости от времени, силы, скорости, вектора силы и скорости, модуля силы и скорости, момента силы и частоты вращения. Часто в формулах во время вычисления электромощности используется также число Пи с показателем сопротивления, мгновенным током, напряжением на конкретном участке электрической сети, активной, полной и реактивной силой. Непосредственно участник вычисления это амплитуда, угловая скорость и начальная сила тока с напряжением.

В однофазной цепи

Понять, какой мощностный показатель есть в однофазной цепи переменного тока, можно при помощи применения трансформатора тока. Для этого необходимо воспользоваться ваттметром, который включен через токовый трансформатор. Показания следует перемножить на трансформаторный коэффициент тока. В момент измерения мощности в высоком напряжении трансформатор тока необходим, чтобы заизолировать ваттметр и обеспечить безопасность пользователя. Параллельна цепь включается не непосредственным способом, а благодаря трансформатору напряжения. Вторичные обмотки с корпусами измерительных трансформаторных установок необходимо заземлять во избежание случайного изоляционного повреждения и попадания высокого напряжения на приборы.

Обратите внимание! Для определения параметров в сети необходимо амперметр перемножить на трансформаторный коэффициент тока, а цифры, полученные вольтметром, перемножить на трансформаторный коэффициент напряжения.

В трехфазной цепи

В цепи переменного тока мощностный показатель в трехфазной цепи определить можно, перемножив ток на напряжение. Поскольку это непостоянный электроток, он зависит от времени и других параметров, поэтому необходимо использовать другие проверенные схемы. Так, можно использовать ваттметр.

Измерение должно быть проведено только в одной фазе и по формуле умножено на три. Этот способ экономит приборы и уменьшает габариты измерения. Применяется для высокой точности измерения каждой фазы. В случае несимметричной нагрузки, нужно использовать соответствующую схему подключения ваттметра. Это более точный способ, но требует наличие трех ваттметров.

Обратите внимание! Если цепь не предусматривает наличие нулевого проводника, нужна также соответствующая схема.

Стоит указать, что сегодня измерить можно необходимые показатели не только аналоговым, но и цифровым прибором. Отличие второго в уменьшенных размерах и легкости. Кроме того, цифровые агрегаты способы осуществлять фиксацию тока с напряжением, косинусом сети и другим. Это позволяет на дистанции осуществлять отслеживание различных величин и передавать предупреждения, если есть отклонение. Это удобно, поскольку не нужно измерять ток с напряжением, а потом, используя формулы, все досконально просчитывать.

В целом, мощность — это величина, основное предназначение которой показывать силу работы конкретного прибора и во многих случаях скорость деятельности, взаимодействуя с ним. Она бывает механической, электрической, гидравлической и для постоянного с переменным током. Измеряется по международной системе в ваттах и киловаттах.

Экономия энергии и точное управление системами являются основными причинами применения преобразователей частоты в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха HVAC (Отопление, Вентиляция и Кондиционирование). Экономия энергии важна, так как небольшое уменьшение оборотов вентилятора или центробежного насоса имеет очень большое влияние на потребление им энергии.

КПД вентиляторов или насосов вместе с преобразователем частоты остается высоким на пониженных оборотах. КПД двигателя, однако, падает, поскольку двигатель становится недозагруженным. Изготовители преобразователей частоты предприняли попытки улучшить КПД двигателей на малых оборотах, используя ряд конструктивных решений. К сожалению, большинство из этих решений требует кропотливой ручной регулировки и все еще не может оптимизировать КПД двигателя во всех условиях.

Преобразователь частоты VLT HVAC Drive имеет уникальную функцию управления, называемую автоматической оптимизацией энергопотребления AEO (Automatic Energy Optimization). Благодаря этой функции преобразователь частоты автоматически увеличивает КПД двигателя до максимума в любых условиях работы.

Ниже рассматривается причина уменьшенного КПД двигателя при малых нагрузках и способ, которым функция AEO противодействует этой естественной тенденции. Рассматриваются также применение и ограничения данной функции.

Работа двигателя

В асинхронных электродвигателях переменного тока крутящий момент на валу двигателя создается магнитным полем внутри двигателя. Напряженность этого магнитного поля и возникающий в результате крутящий момент меняются вместе с требованием по нагрузке на двигателе. Более высокая нагрузка требует более высокого крутящего момента, что означает, что двигатель потребляет больше тока из линии питания. Хотя обороты двигателя остаются относительно постоянными, потребляемый ток может меняться существенно.

Если полный крутящий момент двигателя не требуется, то не требуется и полное магнитное поле. Ток, который создает чрезмерное магнитное поле, не дает положительного эффекта и генерирует реактивный ток, который тратит энергию и создает тепловое напряжение. Избыточный ток даже более очевиден на малом крутящем моменте, когда реактивный ток растет по сравнению с действительной составляющей тока. Это основная причина, почему малонагруженные двигатели демонстрируют низкий КПД, что и будет обсуждаться ниже более подробно.

Чтобы ограничить ток через двигатель, ограничивается подаваемое на двигатель напряжение. Хотя это и кажется простым, в действительности это не так. Слишком уменьшенное напряжение приводит к чрезмерному скольжению ротора двигателя, которое в свою очередь приводит к большому потреблению тока. Тепло, создаваемое этим током, может серьезно повредить двигатель. Поскольку слишком сильное неконтролируемое снижение напряжения может повредить двигатель, большинство изготовителей преобразователей частоты избегают уменьшения напряжения двигателя до оптимального уровня.

Зависимость напряжения от частоты

Для двигателей с нагрузками с постоянным крутящим моментом ток намагничивания двигателя должен оставаться постоянным во всем диапазоне управляемых преобразователем частоты оборотов. Поскольку индуктивное сопротивление (XL) обмоток статора двигателя пропорционально прилагаемой частоте, (XL = 2πfL), для поддержания постоянного тока двигателя требуется прямая зависимость между прилагаемым напряжением и частотой. Это прямая зависимость «напряжения от частоты» (U/F), является одним из способов управления двигателем при помощи преобразователя частоты.

Это относится к преобразователям частоты, которые рассчитаны на нагрузки при постоянном крутящем моменте, такие как конвейеры, лебедки и подобные промышленные установки. Постоянное значение В/Гц показано на Рисунке 1.

Когда преобразователь частоты с постоянной характеристикой U/f применяется при нагрузке с переменным крутящим моментом, полный ток намагничивания на малых оборотах больше, чем требуется самой нагрузкой. Это перенамагничивание, как было упомянуто, создает в двигателе избыточное тепло.

Решение заключается в определении, какое напряжение требуется двигателю для правильной работы. Поскольку для этого требуются специальные функции, некоторые изготовители преобразователей частоты просто игнорируют этот вопрос и их преобразователи частоты производят только постоянную характеристику U/f во всем диапазоне оборотов. Хотя такой подход не максимизирует КПД двигателя, он позволяет избежать перенамагничивания двигателя и образования чрезмерного скольжения ротора двигателя.

Поскольку нагрузки, требующие переменного крутящего момента, представляют собой совершенно другое, модель фиксированной характеристики U/f не будет работать для всех нагрузок. Когда производится попытка улучшить КПД двигателя, реальная настройка профиля U/f часто предоставляется конечному пользователю. При этом методе (представленном на Рисунке 2) от пользователя требуется определить промежуточную точку U/f в профиле преобразователя частоты. Для этого требуется большое количество экспериментов и оценок во всем диапазоне оборотов и нагрузки системы. Кроме того, если характеристики системы меняются, требуется повторить весь этот процесс настройки. Очевидно, что это не самое практичное решение.

Некоторые изготовители преобразователей частоты предлагают пользователю выбор из ряда предварительно заданных переменных профилей U/f. Хотя это и упрощает процедуру, все еще требуется вручную прогнать двигатель через весь диапазон оборотов и определить самый низкий профиль В/Гц, который будет воспринимать нагрузку без чрезмерного скольжения ротора двигателя или нагрева двигателя.

Характеристики нагрузки установки могут измениться из-за сезонных изменений или модернизации системы HVAC здания. В этом случае повторно должен быть осуществлен процесс ручной настройки. Из-за необходимости такой работы большинство пользователей просто выбирают высокий профиль U/f, зная, что это позволит справляться с нагрузкой. Это приводит к растрате дорогой энергии.

Функция автоматической оптимизации потребления энергии «Automatic Energy Optimization»

Лучшим решением для настройки напряжения в соответствии с кривой частоты/мощности стала бы ее автоматизация. Это именно то, что делает преобразователь частоты VLT HVAC Drive. Он использует уникальный процесс автоматической оптимизации энергопотребления «Automatic Energy Optimization», который без вмешательства пользователя автоматически гарантирует, что соотношение напряжения и частоты всегда оптимально для конкретной нагрузки двигателя.

Чтобы автоматически обеспечить правильное напряжение при любой рабочей частоте и нагрузке, преобразователь частоты непрерывно контролирует двигатель и реагирует на изменения. Уникальный процесс управленияVVC+ преобразователя частоты VLT HVAC Drive является основной частью. Ток контролируется таким образом, чтобы в любой момент можно было узнать показатели как активного тока (который меняется от нагрузки), так и реактивного тока (который намагничивает статор двигателя).

В результате, преобразователь частоты автоматически поддерживает максимальный КПД двигателя во всех условиях. Во время начального разгона подается до 110% выходного напряжения, чтобы обеспечить дополнительный крутящий момент на преодоление инерции нагрузки. Это также обеспечивает мягкий старт и плавное наращивание характеристик регулируемых преобразователей частоты, предназначенных для использования в системах HVAC. После того, как двигатель набирает заданные обороты, преобразователь частоты VLT HVAC Drive автоматически определяет уровень постоянной нагрузки и уменьшает выходное напряжение для максимизации КПД двигателя. Если нагрузка меняется, например, когда резко открывается клапан в системе накачки, частотный преобразователь определяет изменение нагрузки и немедленно увеличивает выходное напряжение, чтобы поддерживать управление двигателем.

Кроме того, функция Автоматической адаптации двигателя «Automatic Motor Adaptation (AMA)» преобразователя частоты VLT HVAC, которая точно определяет критические параметры двигателя, позволяет частотному преобразователю рассчитывать показатели тока, чтобы определить количество тока намагничивания, необходимого для конкретной нагрузки. В результате получаются исключительные характеристики двигателя при низкой нагрузке, в области, в которой большинство преобразователей частоты практически неэффективны. Преобразователь частотыVLT HVAC Drive может реально понизить реактивную часть тока двигателя. Этот компонент, часто составляющий 25% тока двигателя и больше при малой нагрузке, обычно игнорируется другими изготовителями преобразователей частоты.

Функция автоматической оптимизации энергопотребления «Automatic energy optimization (AEO)» позволяет преобразователю частоты VLT HVAC Drive управлять напряжением в широком диапазоне, чтобы настраивать выход частотного преобразователя на конкретную нагрузку. Диапазон напряжений, в котором работает функция AEO, представлен на Рисунке 3. Как видно, функция AEO позволяет преобразователю частоты в целях экономии энергии уменьшать напряжение на двигателе практически на 50%. Переменная характеристика U/f экономит еще 5% энергии в типовых установках HVAC.

Преимущества функции AEO

Основное преимущество применения функции автоматической оптимизации энергопотребления проявляется при нагрузках при переменном крутящем моменте. Поскольку обороты двигателя падают, нагрузка на двигатель существенно снижается. Если на двигатель подается постоянно соотношение U/f, это отрицательно влияет на КПД двигателя. Определить, насколько можно снизить напряжение на двигателе до того, как начнут снижаться характеристики двигателя, вручную довольно затруднительно. Функция AEO рассчитывает это автоматически и непрерывно. Если меняется профиль нагрузки, функция AEO реагирует на это изменение и настраивает напряжение, подаваемое на двигатель.

Рисунок 3. Рабочий диапазон функции AEO и экономия при использовании данной функции.

Даже без изменения оборотов функция AEO все еще экономит энергию. Чтобы обеспечить запас надежности функционирования и застраховать от проектных ошибок, большинство двигателей для систем HVAC имеют больший размер, чем требуется для работы с конкретной нагрузкой.

В результате, даже на полных оборотах, в условиях полного потока двигатель работает при неполной нагрузке. Без уменьшения напряжения, обеспечиваемого функцией AEO, двигатель работает неэффективно. С частотным преобразователем VLT HVAC Drive обычно следует отметить выходное напряжение с преобразователя частоты, которое меньше номинального значения, указанного на табличке с названием и номинальными данными двигателя, даже когда преобразователь частоты выдает полную частоту. Это скорее получаемая от функции AEO экономия, компенсирующая использование переразмеренного под конкретное применение двигателя, чем индикация неправильного состояния.

От применения функции AEO выигрывают также установки с переменными оборотами и постоянным объемом. Примером таких установок служит система вентилятора для чистой комнаты. В этом случае целью преобразователя частоты является поддержание постоянного потока воздуха, даже когда микрофильтр воздуха становится грязным. По мере того, как фильтр засоряется, частотный преобразователь автоматически увеличивает обороты вентилятора. ФункцияAEO гарантирует, что на валу двигателя всегда имеется достаточный крутящий момент, при этом поддерживается максимальный КПД двигателя.

Хотя максимизация КПД двигателя является основной целью функции AEO, имеются также и другие выгоды от ее применения. Тепловыделение в двигателе, основная причина отказа двигателей, сокращается. За счет уменьшения тепловых нагрузок в двигателе увеличивается срок службы двигателя. Уменьшенное выделение тепла в двигателе уменьшает также тепловую нагрузку от двигателя на окружающие элементы здания. В случаях установки больших двигателей в зонах с контролируемой температурой дополнительная экономия на затратах на охлаждение может быть существенной.

Уменьшенный ток также имеет дополнительную выгоду. Это отражается в снижении потерь энергии в преобразователе частоты и во всех других компонентах, подающих ток в двигатель, таких как трансформаторы или реакторы в линиях.

Работа нескольких двигателей

В установках, где имеется несколько работающих двигателей, но только один из них в каждый момент времени контролируется преобразователем частоты, таких как чередующиеся насосы, функция AEO будет максимизировать КПД того двигателя, который в данный момент работает. Метод динамического управления функции AEO автоматически реагирует на включенный двигатель и подает ток в соответствии с нагрузкой двигателя.

Поскольку функция AEO подстраивает выходное напряжение преобразователя частоты на конкретные требования конкретного двигателя, она не может работать надежно в установках с несколькими одновременно работающими двигателями. Если два или более двигателя одновременно подключаются к выходу регулируемого преобразователя частоты, функция AEO может только обеспечить выходное напряжение, которое корректно для среднего значения двигателей. В результате подаваемое на двигатели напряжение может оказаться слишком высоким для одного из двигателей и слишком низким для другого. Из-за проблем с возможным недонамагничиванием двигателя, этого следует избегать. Когда несколько двигателей одновременно управляются одним частотным преобразователем частоты, VLT HVAC Drive настраивается на предварительно запрограммированную кривую В/Гц для переменного крутящего момента.

Выводы

Двигатели в системах HVAC редко нагружаются полностью. Это связано с тем, что двигатели для конкретной установки обычно переразмерены, и потому, что нагрузка двигателя резко падает, когда уменьшается расход. Обычно на малых оборотах КПД двигателя небольшой.

Для улучшения КПД двигателя некоторые преобразователи частоты требуют наличия оператора системы, который регулирует выходные характеристики В/Гц. Эти ручные методы как обременительны, так и неточны. В результате, они используются редко. Кроме того, если изменяются требования к системе, оператор вынужден повторять настройки.

Уникальный алгоритм VVC+ частотного преобразователя VLT HVAC Drive детально контролирует потребности двигателя в токе. За счет этого регулируемый преобразователь частоты определяет нагрузку на двигатель, а функция автоматической оптимизации энергопотребления гарантирует, что двигатель в течение всего времени получает идеальное напряжение. Все это выполняется автоматически без необходимости вмешательства пользователя.

Разница между током и мощностью

Чтобы правильно ответить на все ваши вопросы, потребуются определенные усилия. Рассмотрим случай, когда у нас есть источник напряжения с фиксированным выходным напряжением. Это самый распространенный случай для готовых продуктов.

В приборах

переменного тока обычно используется фиксированное напряжение (в зависимости от страны). Поскольку напряжение фиксировано и известно, я могу рассчитать мощность, если я знаю ток, или если я знаю ток, я могу рассчитать мощность, используя P = I * V. Вероятно, поэтому вы считаете их как бы избыточными или тесно связанными.

Теперь рассмотрим другой случай. Допустим, у меня батарея на 3,7В. Я хочу использовать его для питания цепи 5 В, которая потребляет 100 мА. Для этого мне нужно поднять напряжение до 5 В (с помощью повышающего преобразователя). Теперь мощность нужно рассматривать отдельно от тока. Мощность, необходимая для схемы, составляет 5 * 0,1 = 500 мВт. Из-за экономии энергии мне потребуется не менее 500 мВт от батареи. На самом деле мне, вероятно, понадобится около 600 мВт из-за неидеальной эффективности преобразования повышающего преобразователя.Так что это около 3,7 В / 0,6 Вт = 162 мА.

Блоки питания

могут иметь различные спецификации, в зависимости от того, для чего они используются. Лабораторные источники питания обычно указывают максимальный ток и максимальное напряжение. Адаптеры для ноутбуков, вероятно, указывают максимальную потребляемую мощность на входе, выходное напряжение (фиксированное) и максимальный выходной ток.

Когда вы управляете светодиодами, вы обычно начинаете с того тока, который вы хотите пропустить через светодиод. Напряжение не сильно зависит от тока. Но когда ток и напряжение известны, мощность может быть вычислена тривиально (P = V * I).Но на самом деле белые светодиоды, предназначенные для освещения, часто оценивают по мощности. Если вы покупаете светодиоды и у вас нет номера модели или спецификации, вам следует подумать о приобретении светодиодов из другого источника. Это правда, что 20 мА — это общий максимальный ток для светодиодных индикаторов. Но в зависимости от использования иногда вы можете использовать гораздо более низкий ток (например, 1 или 2 мА), особенно для красных светодиодов. Светодиоды для освещения могут использовать ток намного более высокий, чем 20 мА.

Последний комментарий. Иногда напряжение вашего источника питания выше, чем требуемое входное напряжение вашей цепи.Для понижения напряжения можно использовать линейный регулятор. В этом случае ток будет одинаковым для обеих цепей. Линейный регулятор просто преобразует дополнительную мощность в тепло. Но вы также можете использовать понижающий преобразователь. Понижающий преобразователь будет преобразовывать более высокое напряжение в более низкое напряжение несколько более эффективно. Типичные значения: КПД от 80% до 90%. Это означает, что понижающий преобразователь будет производить меньше тепла, чем линейный регулятор.

Я пропустил некоторые детали, потому что не думаю, что вы готовы к ним.Возможно, кто-то это прокомментирует.

Электроэнергетика и энергия | Безграничная физика

Энергопотребление

Используемая энергия — это временной интеграл от электрической мощности.

Цели обучения

Сформулируйте взаимосвязь между использованием энергии и электрической мощностью

Основные выводы

Ключевые моменты

Напомним, что мощность — это скорость выполнения работы или скорость, с которой энергия потребляется или производится.По току и напряжению это P = IV.
Используемая энергия — это количество заряда q, прошедшего через напряжение V за интервал времени t. Он равен интегралу мощности во времени.
Обычной единицей, используемой для описания потребления энергии, является киловатт-час, энергия 1000 Вт, действующая в течение одного часа.

Ключевые термины

киловатт-час : единица электрической энергии, равная мощности одного киловатта, действующего в течение одного часа; равняется 3,6 мегаджоулей.Обозначение: кВтч.

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

Мощность

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

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

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

Энергия

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

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

Единицы потребления энергии

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

Снижение потребления энергии

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

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

Разница между напряжением и током

Напряжение и ток — два основных аспекта электричества.Напряжение — это тип электромагнитной силы, действие которой вызывает прохождение электрического тока в цепи. Величины напряжения и тока зависят друг от друга, но эти два члена в некоторой степени отличаются друг от друга.

Одно из основных различий между напряжением и током состоит в том, что напряжение — это разница между двумя точками, а ток — это поток электрических зарядов между этими двумя точками электрического поля. Некоторые другие различия между ними объясняются ниже в сравнительной таблице.

Содержание: напряжение против тока

Сравнительная таблица
Определение
Ключевые отличия
Заключение

Таблица сравнения

Основа для сравнения	Напряжение	Ток
Определение	Разница между двумя точками электрического поля	Поток зарядов между двумя точками
Единица	Вольт	Ампер
Символ	V	I
Формула
Созданное поле	Магнитное поле	Электростатическое поле
Типы	Переменное и постоянное напряжение	Переменный и постоянный ток
Полярность	Переменное напряжение изменяется, но постоянное напряжение не может изменить его полярность.	Переменный ток меняет свою полярность, но полярность постоянного тока остается постоянной.
Производит	Генератор	Напряжение
Измерительный прибор	Вольтметр	Амперметр
Заряды	1 Вольт = 1 Джоуль / Кулон	1 Ампер = 1 кулон в секунду
Последовательное соединение	Неравномерно по всем компонентам	Равномерно распределено по всем компонентам
Параллельное соединение	Величина напряжения остается неизменной во всех компонентах	Величина тока изменяется во всех компонентах.
Потери	Из-за импеданса	Из-за пассивных элементов
Отношение	Это причина тока	Это влияние напряжения

Определение напряжения

Напряжение — это тип электромагнитной силы. Когда величина напряжения высока, через цепь протекает большой ток, а при низкой величине через нее протекает меньший ток.Напряжение обозначается символом V, а их единица СИ — вольт.

Напряжение в основном подразделяется на два типа: переменное напряжение и постоянное напряжение. Переменное напряжение меняет свою полярность, а постоянное напряжение не меняет своей полярности. Постоянное напряжение создается разностью потенциалов между выводами электрохимической ячейки, а переменное напряжение создается генератором переменного тока.

Иногда в линии передачи напряжение на передающем конце меньше напряжения на приемном конце.Напряжение рассеивается в виде тепла, поэтому потеря напряжения называется падением напряжения. Падение напряжения происходит из-за большой нагрузки. Когда к линии подключается большая нагрузка, она потребляет сильный ток, из-за которого происходит потеря напряжения.

Когда напряжение на принимающей стороне больше, чем на стороне отправителя, в линии происходит рост напряжения. Повышение напряжения называется эффектом Ферранти, и в основном это происходит из-за зарядного тока линии передачи.

Определение тока

Ток — это влияние напряжения. Когда к проводящему материалу прикладывается разность потенциалов, носитель электрического заряда начинает перемещаться от одного атома к другому. Сила тока обозначается символом I, а их единицей в системе СИ является ампер. Один ампер тока соответствует носителю заряда 6,24 × 10 ¹⁸. Большинство носителей заряда являются носителями отрицательного заряда, а направление тока — от отрицательной точки к относительно положительной.

Электрический ток в основном делится на два типа: переменный ток и постоянный ток. В постоянном токе электроны текут только по направлению, а в переменном токе направление электронов меняется на противоположное каждую миллисекунду.

Ключевые различия между напряжением и током

Напряжение — это разность электрических зарядов между двумя точками электрического поля, тогда как ток — это поток электрических зарядов между точками электрического поля.
Единица измерения напряжения в системе СИ (международная единица стандарта) — вольт, а в системе СИ — амперы.
Напряжение представлено символом В , а ток представлено символом I .
Напряжение определяется как отношение проделанной работы к заряду, тогда как ток — это отношение заряда ко времени.
Напряжение создает вокруг него магнитное поле, тогда как ток создает вокруг него электростатическое поле.
Полярность переменного напряжения остается измененной, и из-за этого переменного напряжения возникает переменный ток. Но полярность постоянного напряжения остается постоянной, и их действие индуцирует постоянный ток.
Напряжение — это разница между точками в электрическом поле, тогда как ток вызван потоком электрона в электрическом поле.
Напряжение измеряется прибором, называемым вольтметром, тогда как ток измеряется амперметром.
Один вольт равен 1 джоуль / кулон, тогда как один ампер равен одному столбцу в секунду.
В последовательной цепи величина напряжения остается разной во всех компонентах цепи, тогда как величина тока остается неизменной.
В параллельной цепи напряжение на всех ветвях схемы остается неизменным, в то время как ток распределяется в компонентах схемы неравномерно.
Падение напряжения в основном происходит из-за импеданса цепи, тогда как падение тока происходит из-за пассивного элемента (например, резистора) цепи.
- Импеданс — это препятствие, которое электрическая цепь создает для прохождения электрического тока, когда к ним прикладывается разность потенциалов.
Напряжение является причиной тока, тогда как ток — это влияние напряжения.

Заключение

По закону Ома напряжение прямо пропорционально току. Количественное напряжение генерируется, когда поток перерезается проводником, который помещается между вращающимся магнитным полем.Это напряжение индуцирует ток в цепи. Таким образом, мы можем сказать, что напряжение может существовать без тока, но ток не может существовать без напряжения. Другими словами, ток — это эффект напряжения, а напряжение — причина тока.

Война токов: мощность переменного тока и постоянного тока

Это #GridWeek на Energy.gov. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас.В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени мы проведем чат в Твиттере на тему «Как работает сеть». Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.

Начиная с конца 1880-х годов Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.

Эдисон разработал постоянный ток — ток, который непрерывно течет в одном направлении, например, в батарее или топливном элементе. В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США.S.

Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.

Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление на обратное определенное количество раз в секунду — 60 в США — и может быть относительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.

Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока.Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.

Чикагская всемирная выставка — также известная как Всемирная колумбийская выставка — проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.

General Electric подала заявку на электрификацию ярмарки с использованием постоянного тока Эдисона за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электроэнергию ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.

В том же году Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая лицензировала патент на многофазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla, контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада. Хотя некоторые сомневались, что этот водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести в действие не только Буффало, но и весь восток Соединенных Штатов.

16 ноября 1896 года Баффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила запрыгнуть на поезд переменного тока.

Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода возрождение.

Сегодня наша электроэнергия по-прежнему питается преимущественно переменным током, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают на постоянном токе. Теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.

Получается, что Война течений еще не окончена. Но вместо того, чтобы продолжать горячую битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.

И ничего из этого было бы невозможно без гения Теслы и Эдисона.

Примечание. Этот пост был первоначально опубликован в рамках серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.

Среднеквадратичная мощность по сравнению со средней мощностью

ВОПРОС:

Должен ли я использовать единицы среднеквадратичного значения мощности (СКЗ) для определения или описания мощности переменного тока, связанной с моим сигналом, системой или устройством?

Ответ:

Это зависит от того, как вы определяете среднеквадратичную мощность.

Вы не хотите рассчитывать среднеквадратичное значение сигнала мощности переменного тока. Это дает результат, не имеющий физического смысла.

Вы действительно используете среднеквадратичные значения напряжения и / или тока для расчета средней мощности, что дает значимые результаты.

Обсуждение:

Сколько мощности рассеивается при подаче синусоидального напряжения 1 В среднеквадратичного значения на резистор 1 Ом?

Это хорошо понятно ¹, и здесь нет никаких противоречий.

Теперь давайте посмотрим, как это соотносится со значением из расчета среднеквадратичной мощности.

На рисунке 1 показан график синусоиды 1 В. Размах размаха составляет 1 В среднеквадратичное значение × 2 √2 = 2,828 В с изменением от +1,414 В до –1,414 В. ²

Рисунок 1. График синусоиды 1 В (среднеквадратичное значение).

Рисунок 2 представляет собой график мощности, рассеиваемой этой синусоидой 1 В (среднеквадратичное значение) на резисторе 1 Ом (P = V ² / R), который показывает:

Рис. 2. График мощности, рассеиваемой синусоидой 1 В (среднеквадратичное значение) на резисторе 1 Ом.

Кривая мгновенной мощности имеет смещение 1 Вт и колеблется от 0 Вт до 2 Вт.
Среднеквадратичное значение этого сигнала мощности составляет 1,225 Вт.
- Одним из методов вычисления этого числа является уравнение 2 ³:
- Это можно проверить, используя более подробную формулу ⁴ в MATLAB ^® или Excel.
Среднее значение этого сигнала мощности составляет 1 Вт. Это очевидно при осмотре; осциллограмма колеблется симметрично выше и ниже 1 Вт. Это же значение получается при вычислении среднего числового значения точек данных осциллограммы.
Среднее значение мощности соответствует мощности, рассчитанной с использованием среднеквадратичного значения напряжения.

Мощность, рассеиваемая синусоидальным током 1 В (среднеквадратичное значение) на резисторе 1 Ом, составляет 1 Вт, а не 1,225 Вт. Таким образом, именно средняя мощность дает правильное значение, и, следовательно, именно средняя мощность имеет физическое значение. Среднеквадратичная мощность (как определено здесь) не имеет очевидного полезного значения (не имеет очевидного физического / электрического значения), кроме как величина, которую можно рассчитать как упражнение.

Выполнение того же анализа с использованием синусоидального тока 1 А через резистор 1 Ом — тривиальное упражнение.Результат тот же.

Источники питания для интегральных схем (ИС) обычно являются источниками постоянного тока, поэтому среднеквадратичная мощность не является проблемой для питания ИС. Для постоянного тока среднее и среднеквадратичное значение такие же, как и для постоянного тока. Важность использования средней мощности, в отличие от среднеквадратичной мощности, как определено в этом документе, относится к мощности, связанной с изменяющимися во времени напряжением и током, то есть шумом, радиочастотными сигналами и генераторами.

Используйте среднеквадратичное значение напряжения и / или среднеквадратичное значение тока для расчета средней мощности, что дает значимые значения мощности.

¹ Мощность, рассеиваемая напряжением на резисторе, является фундаментальным соотношением, которое легко выводится из закона Ома (V = IR) и основных определений напряжения (энергия / единица заряда) и тока (единица заряда / времени). Напряжение × ток = энергия / время = мощность

² Размах синусоиды — это среднеквадратичное значение, умноженное на 2√2. Для синусоидального напряжения V p-p = V rms × 2√2, где V p-p — размах напряжения, а V rms — среднеквадратичное значение напряжения.Это хорошо известная связь, описанная в бесчисленных учебниках, а также здесь: en.wikipedia.org/wiki/Root_mean_square.

³ Это адаптировано из среднеквадратичного значения, рассчитанного из постоянного значения смещения постоянного тока плюс отдельное среднеквадратичное значение переменного тока, и из примечания по применению «Сделайте более точные измерения среднеквадратичного значения переменного тока с помощью цифрового мультиметра» от Keysight.

⁴ Стандартное определение в учебнике — это один из примеров более подробной формулы.

Напряжение

против тока: в чем сходства и различия?

Если вы новичок в физике электричества, такие термины, как напряжение , и ампер, , могут показаться почти взаимозаменяемыми в зависимости от способа их использования.Но на самом деле это очень разные величины, хотя они тесно связаны тем, как они работают вместе в электрической цепи, как это описано в законе Ома.

На самом деле, «амперы» — это мера электрического тока (который измеряется в ампер, ), а напряжение — это термин, означающий электрический потенциал (измеряется в вольт, ), но если вы не усвоили детали, понятно, что вы могли спутать их друг с другом.

Чтобы понять разницу — и никогда больше не путать их — вам просто понадобится базовый учебник о том, что они означают и как они относятся к электрической цепи.

Что такое напряжение?

Напряжение — это еще один термин, обозначающий разность электрических потенциалов между двумя точками, и его можно просто определить как электрическую потенциальную энергию на единицу заряда.

Точно так же, как гравитационный потенциал — это потенциальная энергия, которую объект имеет в силу своего положения в гравитационном поле, электрический потенциал — это потенциальная энергия, которую заряженный объект имеет в силу своего положения в электрическом поле. Напряжение конкретно описывает это на единицу электрического заряда, поэтому его можно записать:

В = \ frac {E_ {el}} {q}

Где В — это напряжение, E _el — это электрическая потенциальная энергия, а q — электрический заряд.Поскольку единицей измерения электрической потенциальной энергии является джоуль (Дж), а единицей измерения электрического заряда является кулон (Кл), единицей измерения напряжения является вольт (В), где 1 В = 1 Дж / Кл, или словами, один вольт равен одному джоулю на кулон.

Это говорит о том, что если вы позволите заряду в 1 кулон пройти через разность потенциалов (т.е. напряжение) в 1 В, он получит 1 Дж энергии, или, наоборот, для перемещения потребуется один джоуль энергии. кулон заряда через разность потенциалов 1 В.Напряжение также иногда называют электродвижущей силой (ЭДС).

Разность напряжений (или разность потенциалов) между двумя точками, например с обеих сторон элемента в электрической цепи, можно измерить, подключив вольтметр параллельно с интересующим вас элементом. Как следует из названия, вольтметр измеряет напряжение между двумя точками в цепи, но когда вы используете одну, он должен быть подключен параллельно , чтобы избежать помех при считывании напряжения или повреждения устройства.

Что сейчас?

Электрический ток, который иногда называют силой тока (поскольку он измеряется в амперах), представляет собой скорость прохождения электрического заряда через точку в цепи. Электрический заряд переносится электронами, отрицательно заряженными частицами, которые окружают ядро атома, поэтому величина тока действительно говорит вам о скорости потока электронов. Простое математическое определение электрического тока:

I = \ frac {q} {t}

Где I — ток (в амперах), q — электрический заряд (в кулонах). и t — истекшее время (в секундах).Как показывает это уравнение, определение ампера (А): 1 А = 1 Кл / с, или поток электрического заряда 1 кулон в секунду. Что касается электронов, это примерно 6,2 × 10 ¹⁸ электронов (около шести миллиардов миллиардов), проходящих мимо контрольной точки в секунду для тока, протекающего всего в 1 А.

Ток можно измерить в электрической цепи, подключив Амперметр включен последовательно — то есть на пути основного тока — с участком цепи, через который вы хотите измерить количество тока.

Поток воды: аналогия

Если вы все еще пытаетесь понять, какую роль играют разность напряжений и электрический ток в электрической цепи, широко применяемая аналогия между электричеством и водой должна помочь прояснить ситуацию. Для представления напряжения в электрической цепи можно использовать два различных сценария: либо водопровод, спускающийся с холма, либо резервуар для воды, заполненный выпускным патрубком внизу.

Что касается водопровода, у которого один конец находится на вершине холма, а другой конец — внизу, ваша интуиция должна подсказывать вам, что вода будет течь по ней быстрее, если холм будет выше, и медленнее, если холм будет ниже.В примере с резервуаром для воды, если было два резервуара для воды, заполненных до разных уровней, можно было бы ожидать, что более заполненный резервуар будет выпускать воду из выпускного отверстия с большей скоростью, чем резервуар, заполненный до более низкого уровня.

Будь то потенциал с высоты холма (из-за гравитационного потенциала) или потенциал, создаваемый давлением воды в резервуаре, оба этих примера передают ключевой факт о разнице напряжений. Чем больше потенциал, тем быстрее будет течь вода (то есть ток).

Сам поток воды аналогичен электрическому току. Если вы измерили поток воды, протекающей через одну точку трубы в секунду, это похоже на протекание тока в цепи, за исключением того, что вода заменяет электрический заряд в форме электронов. Таким образом, если все остальное равно, высокое напряжение приводит к сильному току, и наоборот. Заключительная часть рисунка — это сопротивление, которое аналогично трению между стенками трубы и водой, или физическому препятствию, помещенному в трубу, частично блокирующему поток воды.

Сходства и различия

\ def \ arraystretch {1.5} \ begin {array} {c: c} \ text {Сходства} & \ text {Различия} \\ \ hline \ hline \ text {Оба относятся к электрическому схемы} & \ text {В разных единицах измерения, напряжение измеряется в вольтах, где 1 В = 1 Дж / Кл} \\ & \ text {, а ток измеряется в амперах, где 1 А = 1 Кл / с} \\ \ hline \ text {Оба влияют на то, сколько мощности рассеивается на элементе схемы} & \ text {Ток равномерно распределяется по всем компонентам, когда они соединены последовательно} \\ & \ text {, в то время как падение напряжения на компонентах может отличаться} \\ \ hline \ text {Могут быть оба с чередующейся полярностью (например,грамм. чередующийся} & \ text {Падение напряжения одинаково на всех компонентах} \\ \ text {ток или переменное напряжение) или прямая полярность} & \ text {подключены параллельно, в то время как ток отличается} \\ \ hline \ text {Они напрямую пропорциональны друг другу в соответствии с законом Ома} & \ text {Напряжение создает электрическое поле, а ток создает магнитное поле} \\ \ hline & \ text {Напряжение вызывает ток, а ток — эффект напряжения} \\ \ hline & \ text {Ток течет только тогда, когда цепь замкнута, но разница напряжений остается} \ end {array}

Как видно из таблицы, электрический ток и напряжение имеют больше различий, чем сходства, но есть и некоторые сходства.Самая большая разница между ними заключается в том, что они полностью описывают разные величины, поэтому, как только вы поймете основы того, что собой представляет, вы вряд ли перепутаете их друг с другом.

Взаимосвязь между напряжением и током

Разность напряжений и электрический ток прямо пропорциональны друг другу в соответствии с законом Ома, одним из важнейших уравнений физики электрических цепей. Уравнение связывает напряжение (т.е.е., разность потенциалов, создаваемая батареей или другим источником питания) по отношению к току в цепи и сопротивление потоку тока, создаваемое компонентами цепи.

В = IR

Где В, — напряжение, I — электрический ток и R — сопротивление (измеряется в омах, Ом). По этой причине закон Ома иногда называют уравнением напряжения, тока и сопротивления. Если вам известны какие-либо две величины в этом уравнении, вы можете перестроить уравнение, чтобы найти другую величину, что делает его полезным при решении большинства проблем электроники, с которыми вы столкнетесь на уроках физики.

Стоит отметить, что закон Ома не всегда действителен , и как таковой это не «истинный» закон физики, а полезное приближение для так называемых омических материалов . Линейная зависимость, которую он подразумевает между током и напряжением, неприменима для таких вещей, как лампа накаливания, где повышение температуры вызывает увеличение сопротивления и, таким образом, влияет на линейную зависимость. Однако в большинстве случаев (и, конечно же, в большинстве физических задач, связанных с напряжением и электрическим током) его можно использовать без проблем.

Закон Ома для мощности

Закон Ома в основном используется для связи напряжения с током и сопротивлением; однако есть расширение закона, которое позволяет использовать те же величины для расчета электрической мощности, рассеиваемой в цепи, где мощность P — это скорость передачи энергии в ваттах (где 1 Вт = 1 Дж / с). Самая простая форма этого уравнения:

P = IV

Таким образом, на словах мощность равна току, умноженному на напряжение.2R

Переставив эти уравнения, вы также можете выразить напряжение, сопротивление или ток через мощность и другую величину.

Законы Кирхгофа по напряжению и току

Законы Кирхгофа — два других наиболее важных закона для электрических цепей, и они особенно полезны при анализе цепи с несколькими компонентами.

Первый закон Кирхгофа иногда называют законом тока, потому что он гласит, что полный ток, текущий в переход, равен току, текущему из него — по сути, этот заряд сохраняется.

Второй закон Кирхгофа называется законом напряжения и гласит, что для любого замкнутого контура в цепи сумма всех напряжений должна равняться нулю. Согласно закону напряжения, вы относитесь к батарее как к положительному напряжению, а падение напряжения на любом компоненте — как к отрицательному.

В сочетании с законом Ома эти два закона можно использовать для решения практически любой проблемы, с которой вы, вероятно, столкнетесь, связанной с электрическими цепями.

Напряжение и ток: пример расчетов

Представьте, что у вас есть цепь, состоящая из батареи на 12 В и двух последовательно соединенных резисторов с сопротивлением 30 Ом и 15 Ом.Общее сопротивление цепи определяется суммой этих двух сопротивлений, поэтому 30 Ом + 15 Ом = 45 Ом. Обратите внимание, что когда резисторы расположены параллельно, взаимосвязь включает в себя обратные, но это не важно для понимания взаимосвязи между разностью напряжений и током, поэтому этого простого примера будет достаточно для настоящих целей.

Какой электрический ток течет по цепи? Прежде чем читать дальше, попробуйте сами применить закон Ома.

Следующая форма закона Ома:

I = \ frac {V} {R}

\ begin {align} I & = \ frac {12 \ text {V}} {45 \ text {Ω}} \\ & = 0.27 \ text {A} \ end {align}

Теперь, зная ток в цепи, каково падение напряжения на резисторе 15 Ом? Для ответа на этот вопрос можно использовать закон Ома в стандартной форме. Вставка значений I = 0,27 A и R = 15 Ом дает:

\ begin {align} V & = IR \\ & = 0,27 \ text {A} × 15 \ text {Ω } \\ & = 4.05 \ text {V} \ end {align}

Для целей использования законов Кирхгофа это будет отрицательное напряжение (т.е.е., падение напряжения). В качестве последнего упражнения, можете ли вы показать, что полное напряжение в замкнутом контуре будет равно нулю? Помните, что аккумулятор имеет положительное напряжение, а все падения напряжения отрицательные.

Текущее электричество — Science World

Цели

Опишите компоненты, необходимые для замыкания электрической цепи.
Продемонстрируйте различные способы завершения цепи (параллельной или последовательной).
Определите, как электричество используется в бытовых приборах.
Опишите связь между электроном и текущим электричеством.

Материалы

Фон

Электричество используется для работы вашего мобильного телефона, силовых поездов и кораблей, для работы вашего холодильника и двигателей в таких машинах, как кухонные комбайны.Электрическая энергия должна быть заменена на другие формы энергии, такие как тепловая, световая или механическая, чтобы быть полезной.

Все, что мы видим, состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Атомы состоят из еще более мелких частей, называемых протонами, электронами и нейтронами. Атом обычно имеет одинаковое количество протонов (которые имеют положительный заряд) и электронов (которые имеют отрицательный заряд). Иногда электроны можно отодвинуть от своих атомов.

Электрический ток — это движение электронов по проводу.Электрический ток измеряется в амперах и (амперах) и относится к количеству зарядов, которые перемещаются по проводу за секунду.

Для протекания тока цепь должна быть замкнута; Другими словами, должен быть непрерывный путь от источника питания через цепь, а затем обратно к источнику питания.

Параллельная цепь (вверху)

Цепь серии (внизу)

Напряжение иногда называют электрическим потенциалом и измеряется в вольт .Напряжение между двумя точками в цепи — это полная энергия, необходимая для перемещения небольшого электрического заряда из одной точки в другую, деленная на размер заряда.

Сопротивление измеряется в Ом и относится к силам, которые препятствуют протеканию электронного тока в проводе. Мы можем использовать сопротивление в своих интересах, преобразовывая электрическую энергию, потерянную в резисторе, в тепловую энергию (например, в электрической плите), световую энергию (лампочка), звуковую энергию (радио), механическую энергию (электрический вентилятор) или магнитную энергию. энергия (электромагнит).Если мы хотим, чтобы ток протекал напрямую из одной точки в другую, мы должны использовать провод с минимально возможным сопротивлением.

Аккуратная аналогия, помогающая понять эти тер мс: система водопроводных труб.

Напряжение эквивалентно давлению воды, которая выталкивает воду в трубу
Ток эквивалентен скорости потока воды
Сопротивление похоже на ширину трубы — чем тоньше труба, тем выше сопротивление и тем тяжелее течет вода.

В этой серии заданий учащиеся будут экспериментировать с проводами, батареями и переключателями, чтобы создать свои собственные электрические цепи, одновременно изучая напряжение, ток и сопротивление.

Интересный факт!

Вы можете заметить, что символы некоторых единиц СИ (Международная система единиц) в этом плане урока написаны с заглавной буквы, например, вольт (В) и ампер (А), в отличие от тех, к которым вы привыкли. используя (м, кг).При названии единицы в честь человека принято использовать заглавную букву. В этих случаях подразделения были названы в честь Алессандро Вольта и Андре-Мари Ампера. Единица измерения сопротивления также была названа в честь человека (Георг Симон Ома), но использует символ Ω, который представляет греческую букву омега. Эти правила важно соблюдать, поскольку строчные и прописные буквы могут представлять разные единицы, например тонну (т) и тесла (Т). Единственным исключением является то, что для литров допустимо использовать L, поскольку букву «l» часто путают с цифрой «1»!

Словарь

амперметр : прибор для измерения электрического тока в цепи; единица измерения — амперы или амперы (А).
цепь : Путь для прохождения электрического тока.
проводник : Вещество, состоящее из атомов, которые свободно удерживают электроны, что позволяет им легче проходить через него.
электрический ток : непрерывный поток электрического заряда, перемещающийся из одного места в другое по пути; требуется для работы всех электрических устройств; измеряется в амперах или амперах (A).
электрохимическая реакция : Реакция, которая чаще всего включает перенос электронов между двумя веществами, вызванный или сопровождаемый электрическим током.
электрод : проводник, по которому ток входит или выходит из объекта или вещества.
электрон : субатомная частица с отрицательным электрическим зарядом.
изолятор : Вещество, состоящее из атомов, которые очень прочно удерживают электроны, что не позволяет электронам легко проходить сквозь них.
параллельная цепь : Тип схемы, которая позволяет току течь по параллельным путям. Электрический ток распределяется между разными путями.Если лампочки подключены в параллельную цепь, и одна из лампочек удалена, ток все равно будет течь, чтобы зажечь другие лампочки в цепи.
полупроводник : Вещество, состоящее из атомов, которые удерживают электроны с силой между проводником и изолятором.
последовательная цепь : Схема, в которой все компоненты соединены по единому пути, так что один и тот же ток течет через все компоненты. Если вынуть одну из лампочек, цепь разорвется, и ни одна из других лампочек не будет работать.
напряжение : Разность потенциалов между двумя точками в цепи, например положительным и отрицательным полюсами батареи. Его часто называют «толчком» или «силой» электричества. Возможно наличие напряжения без тока (например, если цепь неполная и электроны не могут течь), но невозможно иметь ток без напряжения. Он измеряется в вольтах (В).
вольтметр : прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками в цепи.

Другие ресурсы

г. до н.э. Hydro | Power Smart для школ

г. до н.э. Hydro | Изучение простых схем

г. до н.э. Hydro | Изучение последовательных и параллельных цепей

г. до н.э. Hydro | Электробезопасность

Как работает материал | Как работают светодиоды

Для покупки елочных мини-лампочек: Home Depot, Canadian Tire

Для приобретения небольших учебных лампочек (номиналом не более 2 вольт каждая): Boreal Science

Исследование зависимости мощности и КПД источника тока от внешней нагрузки

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Вопросы и задания для самоконтроля

1.2. Зависимость полезной мощности источника электрического тока от силы тока и внешнего сопротивления

Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

Цепь постоянного тока (или, строго говоря, цепь без комплексного сопротивления)

НЕ ЗАБЫВАЕМ: Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.

Цепь переменного синусоидального тока c частотой ω.

| Исследование зависимости мощности от внешней нагрузки

Другие статьи

Похожая информация

Узнать стоимость за 15 минут

Распродажа дипломных

А ты боишься COVID-19?

Примеры решения задач. Зависимость мощности и кпд источника тока от нагрузки Мощность, выделяемая во внешней цепи

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Вопросы и задания для самоконтроля

Зависимость — мощность — излучение

Зависимость — мощность — излучение

Зависимость мощности от частоты формула

Нормируемые требования к показателям

Влияние частоты тока на электроприборы

Нормы мощности в сети переменного тока

Характеристики

Виды мощностей

Активная мощность

Реактивная мощность

Полная мощность

Комплексная мощность

Как узнать какая мощность в цепи переменного тока

В однофазной цепи

В трехфазной цепи

Работа двигателя

Преимущества функции AEO

Работа нескольких двигателей

Разница между током и мощностью

Электроэнергетика и энергия | Безграничная физика

Энергопотребление

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты

Ключевые термины

Мощность

Энергия

Единицы потребления энергии

Снижение потребления энергии

Разница между напряжением и током

Содержание: напряжение против тока

Таблица сравнения

Определение напряжения

Определение тока

Ключевые различия между напряжением и током

Заключение

Война токов: мощность переменного тока и постоянного тока

Среднеквадратичная мощность по сравнению со средней мощностью

ВОПРОС:

Ответ:

Обсуждение:

против тока: в чем сходства и различия?

Что такое напряжение?

Что сейчас?

Поток воды: аналогия

Сходства и различия

Взаимосвязь между напряжением и током

Закон Ома для мощности

Законы Кирхгофа по напряжению и току

Напряжение и ток: пример расчетов

Текущее электричество — Science World

Цели

Материалы

Фон

Словарь

Другие ресурсы

Добавить комментарий Отменить ответ