Accumulator-shop.ru

Аккумулятор Шоп
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Мощность электрического тока

Под электрическим током понимают движение электронов в проводящей среде, которая со своей стороны препятствует этому движению. Величина сопротивления зависит от материала (существуют таблицы с данными о проводимости разных веществ), площади сечения и длины проводника. Механизм таков: электроны соударяются с атомами проводников (с узлами решетки в случае твердых тел), теряя кинетическую энергию. Поэтому электрическим полем, под действие которого происходит движение заряженных частиц, совершается работа по преодолению сопротивления.

Рассмотрим участок цепи, к которому приложено постоянное напряжение (U). Оно определяется разностью потенциалов:

Рис. 1. Участок цепи с напряжением U и сопротивлением R

Напряжение – суть работа поля по перемещению единичного заряда. Общее же количество заряда – это произведение силы тока на малый промежуток времени dt:

где I – сила тока.

Тогда формула для определения работы тока будет записана следующим образом:

Внимательный читатель заметит, что выражение после знака равенства аналогично выражению, какое содержит закон Джоуля-Ленца. Если разделить правую и левую части на промежуток времени, то получим формулу мощности электрического тока, которая также называется мгновенной:

Что можно записать так:

Как видно, для мощности электрического тока введено специальное обозначение – P, но измеряется она, так же, как и механическая мощность N, в ваттах (W – в западной литературе).

При наличии в цепи источника ЭДС, в приведенных формулах U заменяется на $varepsilon$. Если ЭДС обладает внутренним (собственным) сопротивлением, то к общему выражению добавляется мощность, выделяемая на источнике:

где r – внутреннее сопротивление.

Расчёт в сетях переменного и постоянного напряжения

Электросеть, питающая электроприборы, может быть трёх видов:

  • постоянное напряжение;
  • переменное однофазное;
  • переменное трёхфазное.

Для каждого вида при расчётах используется своя формула мощности.

Расчёт в сети постоянного напряжения

Самые простые расчёты производятся в электросети постоянного тока. Мощность электроаппаратов, подключённых к ней, прямо пропорциональна току и напряжению и, чтобы найти её, используется формула:

Например, в электродвигателе с номинальным током 4,55А, подключённом к электросети 220В, мощность равна 1000 Ватт, или 1кВт.

И, наоборот, при известных напряжении сети и мощности ток рассчитывается по формуле:

Читайте так же:
Энергосберегающая лампа светится после выключения выключателя

Однофазные нагрузки

В сети, в которой отсутствуют электродвигатели, а также в бытовой электросети можно пользоваться формулами для сети постоянного напряжения.

Интересно. В бытовой электросети 220В ток можно вычислить по упрощённой формуле: 1кВт=5А.

Мощность переменного тока вычисляется сложнее. Эти аппараты, кроме активной, потребляют реактивную энергию, и формула:

показывает полную потребляемую энергию устройства. Для того чтобы узнать активную составляющую, нужно учесть cosφ – параметр, показывающий долю активной энергии в полной:

Например, в электродвигателе с Ракт 1кВт и cosφ 0,7 полная энергия, потребляемая устройством, будет 1,43кВт, и ток – 6,5А.

Треугольник активной, реактивной и полной энергии

Треугольник активной, реактивной и полной энергии

Расчет в трехфазной сети

Трёхфазную электросеть можно представить как три однофазных сети. Однако в однофазных сетях используется понятие «фазное напряжение» (Uф), измеряемое между нулевым и фазным проводами, в сети 0,4кВ, равное 220В. В трёхфазных электросетях вместо «фазного» применяется понятие «линейное напряжение» (Uлин), измеряемое между линейными проводами и в сети 0,4кВ, равное 380В:

Поэтому формула для активной нагрузки, например, электрокотла, выглядит так:

При определении мощности электродвигателя необходимо учитывать cosφ, выражение приобретает следующий вид:

На практике этот параметр обычно известен, а узнать необходимо ток. Для этого используется следующее выражение:

Например, для электродвигателя 3кВт (3000Вт) и cosφ 0,7 расчёт получается таким:

Интересно. Вместо вычислений можно считать, что в трёхфазной сети 380В 1кВт соответствует 2А.

Производительность постоянного тока

В линейной цепи без конденсаторов и катушек индуктивности соблюдается закон Ома. Немецкий учёный обнаружил взаимосвязь тока и напряжения от сопротивления цепи. Открытие выражается уравнением: I = U ∕ R. При известном значении сопротивления нагрузки мощность вычисляется двумя способами: P = I ² ∙ R или P = U ² ∕ R.

Если ток в цепи течёт от плюса к минусу, то энергия сети поглощается потребителем. Такой процесс проистекает при зарядке аккумуляторной батареи. Если движение тока совершается в противоположном направлении, то мощность отдаётся в электрическую цепь. Так происходит в случае питания сети от работающего генератора.

Другие типы мощности

Давайте рассмотрим другие виды мощности тока, помимо мгновенной и активной видов мощности.

  • Полная мощность – показатель мощности равен произведению периодического электротока на напряжение. Показатель вычисляется на зажимах электрической цепи:
Читайте так же:
Выключатель контрольной лампы воздушной заслонки карбюратора

S = U cdot I.

  • Комплексная мощность – электрический импеданс. Равен отношению комплексного напряжения на комплексную силу тока:

dot<S data-lazy-src=

Заключение

В качестве заключения давайте рассмотрим какими путями можно производить замеры мощности тока:

  • Ваттметр – прибор для измерения мощности тока, показатель измеряется прямым путем;
  • Амперметр и омметр – приборы для измерения силы тока и сопротивления электрической цепи, мощность тока измеряется косвенным путем, то есть методом вычисления показателя мощности на основании данных про силу ока и сопротивление.
  • Фазометр – устройство позволяет получать замеры реактивной мощности в цепях переменного тока.

Показатели мощности в различных приборах и оборудовании стандартизированы, так что вычислять значения мощности в большинстве случаев не нужно, все данные о мощности приборов приведены в справочнике государственных стандартов. Хранителем данных является институт: ВНИИМ.

Видео к материалу

Если вы увидели ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Что такое освещенность и как ее связать со световым потоком

Согласно теории освещенность, которая измеряется в люксах (лк), – физическая световая величина, показывающая, какой силы равномерно распределенный световой поток падает на объект определенной площади.

Из вышесказанного очевидно, что от силы светового потока зависит освещенность объекта. Но освещенность – именно то, ради чего и создаются системы освещения. Как связать эти две величины? Ведь для практического применения той или иной лампы даже с известной величиной СП нужно знать, насколько хорошо она сможет осветить конкретный объект. Если курс начальной школы забыт не окончательно, связать освещенность с СП несложно, поскольку освещенность объекта равна отношению светового потока к площади этого объекта:

  • Е – освещенность в люксах;
  • Ф – световой поток в люменах, падающий на объект заданной площади;
  • S – площадь объекта в метрах квадратных.

Планируя освещение, к примеру, в офисе или квартире, обычно задаются нужной освещенностью на объекте известной площади и уже ее пересчитывают в требуемый для этого полный световой поток. Поэтому удобнее предыдущую формулу привести к виду:

Читайте так же:
Автоматический выключатель света с датчиком движения для светодиодных ламп

Осталось решить два вопроса:

  1. Какую освещенность можно считать оптимальной.
  2. Как рассчитать площадь объекта.

Первая задача решается элементарно. Для этого достаточно заглянуть в нижеприведенную таблицу:

Таблица нормативов освещенности помещений различного назначения

Теперь по площади. Если светильник ненаправленный, а освещать нужно закрытое помещение, то достаточно в вышеприведенной формуле использовать дополнительную величину – поправочный коэффициент К, учитывающий высоту потолков:

  • К=1 при высоте потолка до 2.7 м;
  • К=1.2 при высоте потолка 2.7-3 м;
  • К=1.5 при высоте потолка 3-3.5 м;
  • К=2 при высоте потолка выше 3.5 м.

Важно! Использование этой методики позволяет получить весьма приблизительный результат (которого, впрочем, в большинстве случаев достаточно), поскольку не учитывается коэффициент отражения поверхностей объекта, на который влияют цвет обоев, пола, мебели, зеркал и т.п.

В случае же с направленным светильником кроме СП придется учитывать и другие параметры, определяющие величину освещенности: телесный угол, в котором излучает лампа и расстояние от осветителя до объекта:

определение площади покрытия

Для определения площади покрытия необходимо рассчитать площадь основания конуса

Мощность электрического тока

Для того, чтобы это показать что к чему, мы возьмем две лампы на 12 Вольт, но разной мощности. На блоке питания выставляю также 12 Вольт и собираю все это дело по схеме, которая мелькала в начале статьи

Мой блок питания может выдать в нагрузку 150 Ватт, не парясь. Беру лампочку от мопеда и цепляю ее к блоку питания

Смотрим потребление тока. 0,71 Ампер

Высчитываем сопротивление раскаленной нити лампочки из закона Ома I=U/R, отсюда R=U/I=12/0,71=16,9 Ом.

Беру галогенную лампу от фары авто и также цепляю ее к блоку питания

Мощность электрического тока

Смотрим потребление. 4,42 Ампера

Аналогично высчитываем сопротивление нити лампы. R=U/I=12/4,42=2,7 Ом.

А теперь давайте посчитаем, какая лампочка больше всех Ватт «отбирает» у источника питания. Вспоминаем школьную формулу P=UI. Итак, для маленькой лампочки мощность составит P=12×0,71=8,52 Ватта. А для большой лампочки мощность будет Р=12х4,42=53 Ватта. Ого! У нас получилось, что лампочка, которая обладала меньшим сопротивлением, на самом деле очень даже прожорливая.

Читайте так же:
Как вычислить силу тока лампочки

Итак, если кто не помнит, что такое мощность, могу напомнить. Мощность — это отношение какой-то полезной работы к времени, в течение которого эта работа совершалась. Например, надо вскопать яму определенных размеров. Вы с лопатой, а ваш друг — на экскаваторе:

Кто быстрее справится с задачей за одинаковый промежуток времени? Разумеется экскаватор. В этом случае, можно сказать, что его мощность намного больше, чем мощность человека с лопатой.

А теперь представьте, что нам надо полностью под ноль сточить эту железяку:

Подумайте вот над таким вопросом… У нас есть в запасе 5 мин и нам надо сточить железяку по-максимому. В каком случае железяка сточится быстрее всего: если прижимать ее к абразивному кругу со всей дури, прижимать слегка, либо прижимать в полсилы? Не забывайте, что у нас абразивный круг подцеплен к валу, который крутит поток воды в трубе. И да, труба у нас небольшого диаметра.

Кто ответил, что если прижимать в полсилы, то оказался прав. Железяка в этом случае сточится быстрее. Если прижимать ее со всей дури, то можно вообще остановить круг. Еще раз, что у нас такое мощность? Полезная работа, совершаемая за какой-то промежуток времени. А в нашем опыте полезная работа это и есть стачивание железяки по максималке. Также не забывайте и тот момент, что если мы будем слегка прижимать железяку, то мы будем ее стачивать пол дня. Поэтому, золотая середина — это давить железяку в полсилы.

Ну вот мы и снова переходим к электронике 😉

Поток воды — сила тока, давление в трубе — напряжение, давление железяки на круг — сопротивление. И что в результате мы получили? А то, что лампочка с меньшим сопротивлением обладает большей мощностью, чем лампочка с большим сопротивлением. Не трудно догадаться, если просто посмотреть на фото, но вживую эффект лучше

Мощность электрического тока

Но обязательно ли то, что чем меньше сопротивление, тем больше мощности выделяется на нагрузке? Конечно же нет. Во всем нужен расчет, как и в прошлом опыте, где мы стачивали железяку за определенное время.

Читайте так же:
Какой выключатель от какой лампочки ответ

И еще один фактор, конечно, тоже надо учитывать. Это давление в трубе. Прикиньте, точим-точим мы железяку, и вдруг давление в трубе стало повышаться. Может быть переполнилась башня, или кто-то открыл краник на полную катушку. Что станет с наждаком? Его обороты ускорятся, так как сила потока воды в трубе увеличится, а следовательно, мы еще быстрее сточим нашу железку.

Мощность тока на произвольном участке

Теперь рассмотрим самый общий случай. Пусть имеется произвольный участок цепи — он может содержать резисторы, конденсаторы, катушки. На этот участок подано переменное напряжение .

Как мы знаем из предыдущего листка «Переменный ток. 2», между напряжением и силой тока на данном участке имеется некоторый сдвиг фаз . Мы записывали это так:

Тогда для мгновенной мощности имеем:

Теперь нам хотелось бы определить, чему равна средняя мощность. Для этого мы преобразуем выражение (5) , используя формулу:

В результате получим:

Но среднее значение величины равно нулю! Поэтому средняя мощность оказывается равной:

Данную формулу можно записать с помощью действующих значений (4) напряжения и силы тока:

Формула (7) охватывает все три рассмотренные выше ситуации. В случае резистора имеем , и мы приходим к формуле (3) . Для конденсатора и катушки , и средняя мощность равна нулю.

Кроме того, формула (7) даёт представление о весьма общей проблеме, связанной с передачей электроэнергии. Чрезвычайно важно, чтобы у потребителя был как можно ближе к единице. Иначе потребитель начнёт возвращать значительную часть энергии назад в сеть (что ему совсем невыгодно), и к тому же возвращаемая энергия будет безвозвратно расходоваться на нагревание проводов и других элементов цепи.

С этой проблемой приходится сталкиваться разработчикам электрических схем, содержащих электродвигатели. Обмотки электродвигателей обладают большими индуктивностями, и возникает ситуация, близкая к «чистой» катушке. Чтобы избежать бесполезного циркулирования энергии по сети, в цепь включают дополнительные элементы, сдвигающие фазу — например, так называемые компенсирующие конденсаторы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector