Зная силу тока и напряжение вычислить мощность: Как рассчитать силу тока, рассчитать мощность, ампераж

Содержание

Как вычислить мощность тока — Морской флот

Прежде чем рассматривать электрическую мощность, следует определиться, что же представляет собой мощность вообще, как физическое понятие. Обычно, говоря об этой величине, подразумевается определенная внутренняя энергия или сила, которой обладает какой-либо объект. Это может быть мощность устройства, например, двигателя или действия (взрыв). Ее не следует путать с силой, поскольку это различные понятия, хотя и находящиеся в определенной зависимости между собой. Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа. В свою очередь, работа А, проделанная в течение определенного времени t, составит значение мощности, выраженное формулой: N = A/t (Вт = Дж/с).

Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии той или иной системы. Одним из таких преобразований является мощность электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. В первую очередь она связана с электродвигателями и другими устройствами, выполняющими полезные действия.

Что такое мощность электрического тока

Мощность тока связана сразу с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение 1 кулона. Сила тока (I) соответствует количеству кулонов, проходящих за 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует полной работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.

Приведенная формула мощности тока показывает, что мощность находится в одинаковой зависимости от силы тока и напряжения. Отсюда следует, что одно и то же значение этого параметра можно получить за счет большого тока и малого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе. Это свойство позволяет передавать электроэнергию на дальние расстояния от источника к потребителям. В процессе передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на повышающих и понижающих подстанциях.

Существует два основных вида электрической мощности – активная и реактивная. В первом случае происходит безвозвратное превращение мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии. Для нее применяется единица измерения – ватт. 1Вт = 1В х 1А. На производстве и в быту используются более крупные значения – киловатты и мегаватты.

К реактивной мощности относится такая электрическая нагрузка, которая создается в устройствах за счет индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля. В переменном токе эта величина представляет собой произведение, выраженное следующей формулой: Q = U х I х sin(угла). Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q является реактивной мощностью, измеряемой в Вар – вольт-ампер реактивный. Данные расчеты помогают эффективно решить вопрос, как найти мощность электрического тока, а формула, существующая для этого, позволяет быстро выполнить вычисления.

Обе мощности можно наглядно рассмотреть на простом примере. Какое-либо электротехническое устройство оборудовано нагревательными элементами – ТЭНами и электродвигателем. Для изготовления ТЭНов используется материал, обладающий высоким сопротивлением, поэтому при прохождении по нему тока, вся электрическая энергия преобразуется в тепловую. Данный пример очень точно характеризует активную электрическую мощность.

Что касается электродвигателя, то внутри него расположена медная обмотка, обладающая индуктивностью, которая, в свою очередь, обладает эффектом самоиндукции. Благодаря этому эффекту, происходит частичный возврат электричества обратно в сеть. Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением в параметрах напряжения и тока, оказывая негативное влияние на электрическую сеть в виде дополнительных перегрузок.

Такие же свойства имеют и конденсаторы из-за своей электрической емкости, когда накопленный заряд отдается обратно. Здесь также смещаются значения тока и напряжения, только в противоположном направлении. Данная энергия индуктивности и емкости, со смещением по фазе относительно значений действующей электросети, как раз и есть реактивная электрическая мощность. Благодаря противоположному эффекту индуктивности и емкости в отношении сдвига фазы, становится возможным выполнить компенсацию реактивной мощности, повышая, тем самым, эффективность и качество электроснабжения.

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения. Для измерения силы тока существует прибор – амперметр. Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов. Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.

Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I. При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ. Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети. Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.

Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности. При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки. Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.

При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95. Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8. Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.

Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.

От чего зависит мощность тока

Мощность тока, различных приборов и оборудования зависит сразу от двух основных величин – силы тока и напряжения. Чем выше ток, тем больше значение мощности, соответственно, при повышении напряжения, мощность также возрастает. Если напряжение и сила тока увеличиваются одновременно, то мощность электрического тока будет возрастать как произведение той и другой величины: N = I x U.

Очень часто возникает вопрос, в чем измеряется мощность тока? Основной единицей измерения этой величины является 1 ватт (Вт). Таким образом, 1 ватт является мощностью устройства, потребляющего ток силой в 1 ампер, при напряжении 1 вольт. Подобной мощностью обладает, например, лампочка от обычного карманного фонарика.

Расчетное значение мощности позволяет точно определить расход электрической энергии. Для этого необходимо взять произведение мощности и времени. Сама формула выглядит так: W = IUt где W является расходом электроэнергии, произведение IU – мощностью, а t – количеством отработанного времени. Например, чем больше продолжается работа электрического двигателя, тем большая работа им совершается. Соответственно возрастает и потребление электроэнергии.

Наверное, каждый кто делал или делает ремонт электрики сталкивался с проблемой определения той или иной электрической величины. Для кого-то это становится настоящим камнем преткновения, а для кого-то все предельно ясно и каких-либо сложностей при определении той или иной величины нет. Данная статья посвящена именно первой категории – то есть для тех, кто не очень силен в теории электрических цепей и тех показателей, которые для них характерны.

Итак, для начала вернемся немного в прошлое и постараемся вспомнить школьный курс физики, касательно электрики. Как мы помним, основные электрические величины определяются на основании всего одного закона – закона Ома. Именно этот закон является базой проведения абсолютно для любых расчетов и имеет вид:

Отметим, что в данном случае речь идет о расчете самой простейшей электрической цепи, которая выглядит следующим образом:

Подчеркнем, что абсолютно любой расчет ведется именно посредством этой формулы. То есть путем не сложных математических вычислений можно определить ту или иную величину зная при этом два иных электрических параметра. Как бы там ни было, наш ресурс призван упростить жизнь тому кто делает ремонт, а поэтому мы упростим решение задачи определения электрических параметров, вывив основные формулы и предоставив возможность произвести расчет электрических цепей онлайн.

Как узнать ток зная мощность и напряжение?

В данном случае формула вычисления выглядит следующим образом:

Расчет силы тока онлайн:

(Не целые числа вводим через точку. Например: 0.5)

Как узнать напряжение зная силу тока?

Для того, чтобы узнать напряжение, зная при этом сопротивление потребителя тока можно воспользоваться формулой:

Расчет напряжения онлайн:

Если же сопротивление неизвестно, но зато известна мощность потребителя, то напряжение вычисляется по формуле:

Определение величины онлайн:

Как рассчитать мощность зная силу тока и напряжения?

Здесь необходимо знать величины действующего напряжения и действующей силы тока в электрической цепи. Согласно формуле предоставленной выше, мощность определяется путем умножения силы тока на действующее напряжение.

Расчет цепи онлайн:

Как определить потребляемую мощность цепи имея тестер, который меряет сопротивление?

Этот вопрос был задан в комментарие в одном из материалов нашего сайта. Поспешим дать ответ на этот вопрос. Итак, для начала измеряем тестером сопротивление электроприбора (для этого достаточно подсоединить щупы тестера к вилке шнура питания). Узнав сопротивление мы можем определить и мощность, для чего необходимо напряжение в квадрате разделить на сопротивление.

Формула расчета сечения провода и как определяется сечение провода

Довольно много вопросов связано с определением сечения провода при построении электропроводки. Если углубиться в электротехническую теорию, то формула расчета сечения имеет такой вид:

Конечно же, на практике, такой формулой пользуются довольно редко, прибегая к более простой схеме вычислений. Эта схема довольно проста: определяют силу тока, которая будет действовать в цепи, после чего согласно специальной таблице определяют сечение. Более детально по этому поводу можно почитать в материале – «Сечение провода для электропроводки»

Приведем пример. Есть бойлер мощностью 2000 Вт, какое сечение провода должно быть, чтобы подключить его к бытовой электропрводке? Для начала определим силу тока, которая будет действовать в цепи:

Как видим, сила тока получается довольно приличной. Округляем значение до 10 А и обращаемся к таблице:

Таким образом, для нашего бойлера потребуется провод сечением 1,7 мм. Для большей надежности используем провод сечением 2 или 2,5 мм.

Рекомендуем ознакомиться:

Определение

Мощность – это скалярная величина. В общем случае она равна отношению выполненной работы ко времени:

P=dA/dt

Простыми словами эта величина определяет, как быстро выполняется работа. Она может обозначаться не только буквой P, но и W или N, измеряется в Ваттах или киловаттах, что сокращенно пишется как Вт и кВт соответственно.

Электрическая мощность равна произведению тока на напряжение или:

P=UI

Как это связано с работой? U – это отношение работы по переносу единичного заряда, а I определяет, какой заряд прошёл через провод за единицу времени. В результате преобразований и получилась такая формула, с помощью которой можно найти мощность, зная силу тока и напряжение.

Формулы для расчётов цепи постоянного тока

Проще всего посчитать мощность для цепи постоянного тока. Если есть сила тока и напряжение, тогда нужно просто по формуле, приведенной выше, выполнить расчет:

P=UI

Но не всегда есть возможность найти мощность по току и напряжению. Если вам они не известны – вы можете определить P, зная сопротивление и напряжение:

P=U 2 /R

Также можно выполнить расчет, зная ток и сопротивление:

P=I 2 *R

Последними двумя формулами удобен расчёт мощности участка цепи, если вы знаете R элемента I или U, которое на нём падает.

Для переменного тока

Однако для электрической цепи переменного тока нужно учитывать полную, активную и реактивную, а также коэффициент мощности (соsФ). Подробнее все эти понятия мы рассматривали в этой статье: https://samelectrik.ru/chto-takoe-aktivnaya-reaktivnaya-i-polnaya-moshhnost.html.

Отметим лишь, что чтобы найти полную мощность в однофазной сети по току и напряжению нужно их перемножить:

S=UI

Результат получится в вольт-амперах, чтобы определить активную мощность (ватты), нужно S умножить на коэффициент cosФ. Его можно найти в технической документации на устройство.

P=UIcosФ

Для определения реактивной мощности (вольт-амперы реактивные) вместо cosФ используют sinФ.

Q=UIsinФ

Или выразить из этого выражения:

И отсюда вычислить искомую величину.

Найти мощность в трёхфазной сети также несложно, для определения S (полной) воспользуйтесь формулой расчета по току и фазному напряжению:

А зная Uлинейное:

1,73 или корень из 3 – эта величина используется для расчётов трёхфазных цепей.

Тогда по аналогии чтобы найти P активную:

Определить реактивную мощность можно:

На этом теоретические сведения заканчиваются и мы перейдём к практике.

Пример расчёта полной мощности для электродвигателя

Мощность у электродвигателей бывает полезная или механическая на валу и электрическая. Они отличаются на величину коэффициента полезного действия (КПД), эта информация обычно указана на шильдике электродвигателя.

Отсюда берём данные для расчета подключения в треугольник на Uлинейное 380 Вольт:

Тогда найти активную электрическую мощность можно по формуле:

P=Pна валу/n=160000/0,94=170213 Вт

Теперь можно найти S:

Именно её нужно найти и учитывать, подбирая кабель или трансформатор для электродвигателя. На этом расчёты окончены.

Расчет для параллельного и последовательного подключения

При расчете схемы электронного устройства часто нужно найти мощность, которая выделяется на отдельном элементе. Тогда нужно определить, какое напряжение падает на нём, если речь идёт о последовательном подключении, или какая сила тока протекает при параллельном включении, рассмотрим конкретные случаи.

Здесь Iобщий равен:

На каждом резисторе R1 и R2, так как их сопротивление одинаково, напряжение падает по:

И выделяется по:

Pна резисторе=UI=6*0,6=3,6 Ватта

Тогда при параллельном подключении в такой схеме:

Сначала ищем I в каждой ветви:

И выделяется на каждом по:

Или через общее сопротивление, тогда:

Все расчёты совпали, значит найденные значения верны.

Заключение

Как вы могли убедиться найти мощность цепи или её участка совсем несложно, неважно речь идёт о постоянке или переменке. Важнее правильно определить общее сопротивление, ток и напряжение. Кстати этих знаний уже достаточно для правильного определения параметров схемы и подбора элементов – на сколько ватт подбирать резисторы, сечения кабелей и трансформаторов. Также будьте внимательны при расчёте S полной при вычислении подкоренного выражения. Стоит добавить лишь то, что при оплате счетов за коммунальные услуги мы оплачиваем за киловатт-часы или кВт/ч, они равняются количеству мощности, потребленной за промежуток времени. Например, если вы подключили 2 киловаттный обогреватель на пол часа, то счётчик намотает 1 кВт/ч, а за час – 2 кВт/ч и так далее по аналогии.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Также читают:

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения. Для измерения силы тока существует прибор – амперметр. Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов. Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.

Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I. При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ. Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети. Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.

Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности. При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки. Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.

При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95. Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8. Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.

Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.

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.

Основные мощностные разновидности

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.

Активная разновидность

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.

Реактивная разновидность

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.

Полная разновидность

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.

Комплексная разновидность

Расчет тока

Величина тока рассчитывается по мощности и необходима на этапе проектирования (планирования) жилища – квартиры, дома.

  • От значения этой величины зависит выбор питающего кабеля (провода), по которому могут быть подключены приборы электропотребления к сети.
  • Зная напряжение электрической сети и полную нагрузку электроприборов, можно по формуле вычислить силу тока, который потребуется пропускать по проводнику (проводу, кабелю). По его величине выбирают площадь сечения жил.

Если известны электропотребители в квартире или доме, необходимо выполнить несложные расчёты, чтобы правильно смонтировать схему электроснабжения.

Аналогичные расчёты выполняются для производственных целей: определения необходимой площади сечения жил кабеля при осуществлении подключения промышленного оборудования (различных промышленных электрических двигателей и механизмов).

Категории элементов и устройств электрической цепи

Для условного изображения определенной цепи применяют специальную схему. Кроме отдельных физических компонентов, она содержит сведения о направлении (силе) токов, уровнях напряжения и другую информацию. Качественная модель показывает реальные процессы с высокой точностью.

Компоненты электрической цепи:

  • источник постоянного или переменного тока (Е) – аккумулятор или генератор, соответственно;
  • пассивные элементы (R) – резисторы;
  • компоненты с индуктивными (L) и емкостными (С) характеристиками;
  • соединительные провода.

Типовые названия

На рисунке обозначены:

  • ветви – участки цепи с одним током;
  • узлы – точки соединения нескольких ветвей;
  • контур – замкнутый путь прохождения тока.

При решении практических задач выясняют, как узнать силу тока в отдельных ветвях. Полученные значения используют для анализа электрических параметров. В частности, можно определять падение напряжения на резисторе, мощность потребления подключенной нагрузки. При расчете цепей переменного тока приходится учитывать переходные энергетические процессы, влияние частоты.

Работа электрического тока

Проходя по цепи, ток совершает работу. Как например, водный поток направить течь, на лопасти генератора, то пон будет совершать работу, вращая лопасти. Так же и ток совершает работу, двигаясь по проводнику. И эта работа тем выше, чем больше величина сила тока и напряжения. Работа электрического тока, совершаемая на участке цепи, прямо пропорциональна силе тока, напряжению и времени действия тока. Работа электрического тока обозначается латинским символом A. Так как, произведение I×U есть мощность, то формулу работы электрического тока можно записать: A = P×t

Единицей измерения работы электрического тока, является ватт в секундах или в джоулях. Поэтому, если мы хотим вычислить, какую работу осуществил ток, идя по цепи в течение временного интервала, мы должны умножить мощность на время Рассмотрим практический пример, через реостат с сопротивлением 5 Ом идет ток силой 0,5 А. Нужно вычислить, какую работу совершит ток в течение четырех часов. Работа в течение одной секунды будет: P=I2R = 0,52×5= 0,25×5 =1,25 Вт,

Тогда за 4 часа t=14400 секунд. Следовательно: А = Р×t= 1,25×14 400= 18 000 вт-сек. Ватт-секунда или один джоуль считаетсяя слишком малой велечиной для измерения работы. Поэтому на практике применяют единицу, называемую ватт-час (втч). Один ватт-час это эквивалентно 3 600 Дж. В электротехнике используются и еще большие единицы, гектоваттчас (гвтч) и киловаттчас (квтч): 1 квтч =10 гвтч =1000 втч = 3600000 Дж, 1 гвтч =100 втч = 360 000 Дж, 1 втч = 3 600 Дж.

Мощность электрического тока

Как рассчитать сопротивление и мощность

Допустим, требуется подобрать токоограничивающий резистор для блока питания схемы освещения. Нам известно напряжение питания бортовой сети «U», равное 24 вольта и ток потребления «I» в 0,5 ампера, который нельзя превышать. По выражению (9) закона Ома вычислим сопротивление «R». R=24/0,5=48 Ом. На первый взгляд номинал резистора определен. Однако, этого недостаточно. Для надежной работы семы требуется выполнить расчет мощности по току потребления.

Согласно действию закона Джоуля — Ленца активная мощность «Р» прямо пропорционально зависит от тока «I», проходящего через проводник, и приложенного напряжения «U». Эта взаимосвязь описана формулой Р=24х0,5=12 Вт.

Проведенный расчет мощности резистора по току его потребления показывает, что в выбираемой схеме надо использовать сопротивление величиной 48 Ом и 12 Вт. Резистор меньшей мощности не выдержит приложенных нагрузок, будет греться и со временем сгорит. Этим примером показана зависимость того, как на мощность потребителя влияют ток нагрузки и напряжение в сети.

Сила тока – что это

Рассматривая количество электроэнергии, которое протекает через определенный проводник за различные временные интервалы, станет ясно, что за малый промежуток ток протечет более интенсивно, поэтому нужно ввести еще одно определение. Оно означает силу тока, протекающую в проводнике за секунду времени.

Основные величины, характеризующие поток электронов

Если сформулировать определение на основе всего вышеперечисленного, то сила электротока – это количество электроэнергии, проходящее через поперечное сечение проводника за секунду. Маркируется величина латинской буквой «I».

Гальванометр для измерения небольшой силы тока

Важно! Специалисты определяют силу электротока, равную одному амперу, когда через поперечное сечение проводника проходит один кулон электричества за одну секунду. Часто в электротехнике можно увидеть другие единицы измерения силы электротока: миллиамперы, микроамперы и так далее

Связано это с тем, что для питания современных схем таких величин будет вполне достаточно. 1 ампер – это очень большое значение, так как человека может убить ток в 100 миллиампер, и потому электророзетка для человека ничуть не менее опасна, чем, к примеру, несущийся на скорости автомобиль

Часто в электротехнике можно увидеть другие единицы измерения силы электротока: миллиамперы, микроамперы и так далее. Связано это с тем, что для питания современных схем таких величин будет вполне достаточно. 1 ампер – это очень большое значение, так как человека может убить ток в 100 миллиампер, и потому электророзетка для человека ничуть не менее опасна, чем, к примеру, несущийся на скорости автомобиль.

Схема, определяющая рассматриваемое понятие

Если известно количество электроэнергии, которое прошло через проводник за конкретный промежуток времени, то силу (не мощность) можно вычислить по формуле, изображенной на картинке.

Когда электросеть замкнута и не имеет никаких ответвлений, через каждое поперечное сечение за секунду протекает одно и то же количество электричества. Теоретически это обосновывается так: заряд не может накапливаться в определенном месте, и сила электротока везде одинакова.

Виды токов

Измерение мощности приборами

Для измерения Р можно воспользоваться специальными приборами. Для этого подойдёт мультиметр, к которому можно подключить токоизмерительные клещи. Как измерить мощность мультиметром? Тестер включается на режим измерения переменного напряжения, клещи должны обхватывать только один проводник, подводимый к нагрузке.

Измерение при помощи мультиметра

Разделение проводников в кабеле не всегда удобно. К тому же после измерений нужно рассчитывать мощность по формуле.

Измеритель мощности

Для измерения можно использовать специальный прибор – ваттметр. Прибор включается в розетку, в его выходное гнездо включают нагрузку, мощность которой нужно измерять. Результаты проводимого измерения выводятся на дисплей уже в киловаттах.

Измеритель мощности

Измерение мощности с помощью электросчетчика

Используя квартирный счётчик электроэнергии, можно также проверить потребляемую мощность отдельного прибора. Для этого необходимо:

  • выключить все потребители энергии, оставив в режиме потребления лишь тестируемый прибор;
  • отметить показания на текущий момент и зафиксировать их значения через час;
  • произвести вычитания последних значений из предыдущих показаний;
  • результат будет измеренной величиной.

Основной недостаток такого блока действий – отключение других необходимых бытовых приборов.

Информация. При использовании этого метода, пользуясь моментом, можно посмотреть, нет ли скрытой утечки тока, и исправность счётчика. При отключении всех приборов электросчётчик должен остановиться.

Мощность тока

Разобравшись с понятием механической мощности, перейдём к рассмотрению электрической мощности (мощность электрического тока). Как Вы должны знать  U — это работа, выполняемая при перемещении одного кулона, а ток I — количество кулонов, проходящих за 1 сек. Поэтому произведение тока на напряжение показывает полную работу, выполненную за 1 сек, то есть электрическую мощность или мощность электрического тока.

Активная электрическая мощность (это мощность, которая безвозвратно преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т.д.) имеет свою единицу измерения — Вт (Ватт). Она равна произведению 1 вольта на 1 ампер. В быту и на производстве мощность удобней измерять в кВт (киловаттах, 1 кВт = 1000 Вт). На электростанциях уже используются более крупные единицы — мВт (мегаватты, 1 мВт = 1000 кВт = 1 000 000 Вт).

Реактивная электрическая мощность — это величина, которая характеризует такой вид электрической нагрузки, что создаются в устройствах (электрооборудовании) колебаниями энергии (индуктивного и емкостного характера) электромагнитного поля. Для обычного переменного тока она равна произведению рабочего тока I и падению напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = U*I*sin(угла). Реактивная мощность имеет свою единицу измерения под названием ВАр (вольт-ампер реактивный). Обозначается буквой «Q».

Простым языком активную и реактивную электрическую мощность на примере можно выразить так: у нас имеется электротехническое устройство, которое имеет нагревательные тэны и электродвигатель. Тэны, как правило, сделаны из материала с высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока по спирали тэна, электрическая энергия полностью преобразуется в тепло. Такой пример характерен активной электрической мощности.

Электродвигатель этого устройства внутри имеет медную обмотку. Она представляет собой индуктивность. А как мы знаем, индуктивность обладает эффектом самоиндукции, а это способствует частичному возврату электроэнергии обратно в сеть. Эта энергия имеет некоторое смещение в значениях тока и напряжения, что вызывает негативное влияние на электросеть (дополнительно перегружая её).

Расчетные формулы мощности тока

Похожими способностями обладает и ёмкость (конденсаторы). Она способна накапливать заряд и отдавать его обратно. Разница ёмкости от индуктивности заключается в противоположном смещении значений тока и напряжения относительно друг друга. Такая энергия ёмкости и индуктивности (смещённая по фазе относительно значения питающей электросети) и будет, по сути, являться реактивной электрической мощностью.

Более подробно о свойствах реактивной мощности мы поговорим в соответствующей статье, а в завершении этой темы хотелось сказать о взаимном влиянии индуктивности и ёмкости. Поскольку и индуктивность, и ёмкость обладают способностью к сдвигу фазы, но при этом каждая из них делает это с противоположным эффектом, то такое свойство используют для компенсации реактивной мощности (повышение эффективности электроснабжения). На этом и завершу тему, электрическая мощность, мощность электрического тока.

Пример с обычной водой

Существуют вещества, которые можно отнести одновременно к проводникам и изоляторам. Самый простой пример – обыкновенная вода. Дистиллированная вода является хорошим изолятором, но наличие в ней практически любых примесей делает ее проводником. Особенно это относится к солям различных металлов. При растворении в воде соли диссоциируются на ионы, их наличие – прямой повод для возникновения тока. Чем больше концентрация солей, тем меньшим сопротивлением будет обладать вода.

Зависимость сопротивления воды от содержания солей

Для наглядности можно взять дистиллированную воду для приготовления электролита для автомобильных аккумуляторных батарей.  Опустив щупы омметра в воду, можно увидеть, что его показания велики. Добавление всего нескольких кристаллов поваренной соли через некоторое время вызывает резкое уменьшение сопротивления, которое будет тем меньше, чем больше соли перейдет в раствор.

Закон Ома для цепи

Проводя расчёты мощности по напряжению и току на практике, часто используют закон Ома. Он устанавливает связь между током, сопротивлением и напряжением. Этот закон был открыт путём проведения Симоном Омом ряда экспериментов и сформулирован им в 1826 году. Он выяснил, что величина тока на участке цепи прямо пропорциональна разности потенциалов и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Закон Ома можно записать в следующем виде: I = U/R, где I — значение силы тока (А), U — разность потенциалов (В), R — сопротивление цепи прохождению тока (Ом).

Для полной же цепи эту формулу можно записать так: I = E/(R+ r0), где E — ЭДС источника питания (В), r0 — внутреннее сопротивление источника напряжения (Ом).

Таким образом, для участка цепи будет справедливо выражение P = U2/R = I2R, а для полной цепи — P = (E/(R+ R0))2*R. Именно эти две формулы и используются чаще всего для расчётов электрических сетей или мощности необходимого оборудования.

Различные компоненты электрической сети в определённый момент времени потребляют разную величину тока

Поэтому очень важно правильно рассчитать, какое количество энергии подводится в тот или иной момент в определённое место цепи, чтобы не допустить перегрузок на линии и возникновения аварийных ситуаций

Мощность при параллельном соединение

При параллельном подключении все начала резисторов соединяются с одним узлом схемы, а концы – с другим. В этом случае происходит разветвление тока, и он начинает протекать по каждому элементу. В соответствии с законом Ома, сила тока будет обратно пропорциональна всем подключенным сопротивлениям, а значение напряжения на всех резисторах будет одним и тем же.

Прежде чем вычислять силу тока, необходимо выполнить расчет полной проводимости всех резисторов, применяя следующую формулу:

  • 1/R = 1/R1+1/R2+1/R3+1/R4 = 1/200+1/100+1/51+1/39 = 0,005+0,01+0,0196+0,0256 = 0,06024 1/Ом.
  • Поскольку сопротивление является величиной, обратно пропорциональной проводимости, его значение составит: R = 1/0,06024 = 16,6 Ом.
  • Используя значение напряжения в 100 В, по закону Ома рассчитывается сила тока: I = U/R = 100 x 0,06024 = 6,024 A.
  • Зная силу тока, мощность резисторов, соединенных параллельно, определяется следующим образом: P = I2 x R = 6,0242 x 16,6 = 602,3 Вт.
  • Расчет силы тока для каждого резистора выполняется по формулам: I1 = U/R1 = 100/200 = 0,5A; I2 = U/R2 = 100/100 = 1A; I3 = U/R3 = 100/51 = 1,96A; I4 = U/R4 = 100/39 = 2,56A. На примере этих сопротивлений прослеживается закономерность, что с уменьшением сопротивления, сила тока увеличивается.

Существует еще одна формула, позволяющая рассчитать мощность при параллельном подключении резисторов: P1 = U2/R1 = 1002/200 = 50 Вт; P2 = U2/R2 = 1002/100 = 100 Вт; P3 = U2/R3 = 1002/51 = 195,9 Вт; P4 = U2/R4 = 1002/39 = 256,4 Вт. Сложив мощности отдельных резисторов, получится их общая мощность: Р = Р1234 = 50+100+195,9+256,4 = 602,3 Вт.

Таким образом, мощность при последовательном и параллельном соединении резисторов определяется разными способами, с помощью которых можно получить максимально точные результаты.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

Последовательное и параллельное соединение резисторов

Напряжение при последовательном и параллельном соединении резисторов

Сопротивление при последовательном и параллельном соединении резисторов

Параллельное соединение резисторов

Последовательное и параллельное соединение проводников

Итоги урока

На этом уроке мы рассмотрели различные задачи на смешанное сопротивление проводников, а также на расчёт электрических цепей.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Домашнее задание

  1. П. 49, стр. 117, задание 23 (5). Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Участок электрической цепи состоит из трех сопротивлений: ; ;  (см. Рис. 7). Определите показания вольтметров  и амперметров , если амперметр  показывает силу тока 2 А.

    Рис. 7. Иллюстрация к задаче (Источник)

  3. Как нужно соединить четыре резистора, сопротивления которых 0,5 Ом, 2 ОМ, 3,5 Ом и 4 Ом, чтобы их общее сопротивление было 1 Ом?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал School56.pips.ru (Источник).
  2. Интернет-портал Clck.ru (Источник).
  3. Интернет-портал Clck.ru (Источник).

Электроэнергетика и энергия | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
  • Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Многие люди связывают власть с электричеством. Зная, что мощность — это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередачи.Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт. (См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одинакового напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает.Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электрической мощностью?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет более высокое сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? По цвету можно сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Дикбаух, Wikimedia Commons; Грег Вестфол, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но при входной мощности от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Наиболее просто это выражается как PE = qV , где q — это перемещенный заряд, а V, — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности становится

P = IV

Электрическая мощность ( P ) — это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность выражается в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. Эти розетки могут быть рассчитаны на 20 А, так что цепь может выдавать максимальную мощность P = IV = (20 А) (12 В) = 240 Вт. В некоторых приложениях электрическая мощность может выражаться в вольт-амперах или даже киловольт-амперы (1 кА V = 1 кВт).Чтобы увидеть соотношение мощности к сопротивлению, мы объединяем закон Ома с P = IV . {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = В 2 / R означает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше подаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = В 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная энергия

(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую фарами автомобиля в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = В 2 / R , чтобы найти мощность.

Решение для (a)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2. {2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются стандартными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I 2 R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток быстро снизится до этого значения по мере увеличения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) спроектированы так, чтобы выдерживать очень высокие токи на короткое время при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует применения специальных плавких предохранителей.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электричество. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

— это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они работают, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электричество является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 6 Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого устройства или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — это 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 для коммерческих предприятий 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). (См. Рисунок 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит к стандартным патронам для ламп накаливания. (В последние годы были решены оригинальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными затратами на КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (представляющие собой группу небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева источником энергии зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если лампа стоит 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая обеспечивает такой же световой поток, но составляет четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (a)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60. 0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

Стоимость

= (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL потребляет только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты будут составлять 1/10 стоимости лампы за этот период использования или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже если первоначальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Подключение: Эксперимент на вынос — Инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда устройств в вашем доме или комнате. Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените количество энергии, потребляемой этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, то используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

  • Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая в резисторе, равна P = V 2 / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Тем не менее, эта мощность также определяется соотношением P = I 2 R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ при токе 2,00 × 10 4 A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт проходит через фонарик с 6,00 × 10 2 за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (а) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы измерения 1V 2 / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V 2 / R .

8. Покажите, что единицы 1 A 2 ⋅ Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I 2 R .

9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 6 Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт на 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, если общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему на 6.00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток течет через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените ежегодные затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 2 A.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какую массу древесного сока можно было бы поднять с 18ºC до точки кипения, а затем испарить за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет такие же тепловые характеристики, как вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 2 алюминия с 20º C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру на 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем кипятить 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 3 A при 250 кВ. а) Какая выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рисунок 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии двигателем, какой ток должны обеспечивать аккумуляторные батареи на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: (a) Для ускорения от отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин при постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рисунок 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, при условии эффективности 95,0% и постоянной мощности? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, работающий на 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 2 -граммовых алюминиевых стаканов, содержащих 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт kWч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи мощности 1,00 × 10 2 МВт при 480 В? (б) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют 1.00 — сопротивление Ом? (c) Что необоснованного в этом результате? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи мощности 1,00 × 10 2 МВт при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое приведет к потере мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие допущения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создайте свою проблему Рассмотрим электрический погружной нагреватель, который используется для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумное время. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые следует учитывать, — это используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкости, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до достижения опасной температуры в погружном блоке.

Глоссарий

электрическая мощность:
— скорость, с которой электрическая энергия передается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2,00 × 10 12 Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11. 438 $ / год

13. $ 6.25

15. 1.58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21. (а) 2,00 × 10 9 Дж (б) 769 кг

23. 45.0 с

25. (а) 343 A (б) 2,17 × 10 3 A (в) 1,10 × 10 3 A

27. (а) 1,23 × 10 3 кг (б) 2,64 × 10 3 кг

29. (a) 2,08 × 10 5 A
(b) 4,33 × 10 4 МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В является необоснованно низким для напряжения передачи. В линиях передачи на большие расстояния поддерживается гораздо более высокое напряжение (часто сотни киловольт) для уменьшения потерь мощности.

Как рассчитать максимальный входной переменный ток

Как рассчитать максимальный входной переменный ток.
Ан-21

Знание максимального входного тока источника питания может быть полезно при выборе требований к электроснабжению, выборе автоматического выключателя, выбора входного кабеля переменного тока и разъема и даже при выборе изолирующего трансформатора для плавающих приложений. Вычислить максимальный входной ток довольно просто, зная несколько основных параметров и некоторую простую математику.

Номинальная мощность блока питания высокого напряжения
Все блоки питания Spellman имеют заявленную максимальную номинальную мощность в ваттах. Это первый параметр, который нам понадобится, и его можно получить из спецификации продукта. Большинство источников питания Spellman имеют максимальную мощность, указанную в номере модели. Как и в этом примере, SL30P300 / 115 представляет собой блок 30 кВ с положительной полярностью, который может обеспечить максимум 300 Вт; работает от входной линии 115Vac.

КПД источника питания
КПД источника питания — это отношение входной мощности к выходной мощности. Эффективность обычно указывается в процентах или в виде десятичной дроби меньше 1, например, 80% или 0,8. Чтобы вычислить входную мощность, мы берем заявленную максимальную выходную мощность и делим ее на эффективность:

300 Вт / 0,8 = 375 Вт

Коэффициент мощности
Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности к полной используемой мощности. Обычно выражается в виде десятичного числа меньше 1.Реальная мощность выражается в ваттах, а полная мощность — в ВА (вольт-амперах). Однофазные импульсные источники питания без коррекции обычно имеют довольно низкий коэффициент мощности, например 0,65. Трехфазные импульсные источники питания без коррекции имеют более высокий коэффициент мощности, например 0,85. Устройства со схемой активной коррекции коэффициента мощности могут иметь очень хороший коэффициент мощности, например 0,98. В нашем примере выше источник питания представляет собой неисправный блок, питаемый от однофазной сети, поэтому:

375 Вт / 0,65 = 577 ВА

Напряжение входной линии
Нам нужно знать входное напряжение переменного тока, от которого устройство предназначено для питания .В приведенном выше примере входное напряжение переменного тока составляет 115 В переменного тока. Это номинальное напряжение, в действительности входное напряжение указано как ± 10%. Нам нужно вычесть 10%, чтобы учесть наихудший случай, низкое состояние линии:

115Vac — 10% = 103,5Vac

Максимальный входной переменный ток
Если мы возьмем 577 VA и разделим его на 103,5Vac, получим:

577 ВА / 103,5 В переменного тока = 5,57 ампер

Если наше входное напряжение переменного тока однофазное, то ответ будет 5,57 ампер.

Трехфазное входное напряжение
Блоки с трехфазным входным напряжением питаются от трех фаз, поэтому они имеют лучший коэффициент мощности, чем однофазные блоки.Также за счет наличия трех фаз питания агрегата, фазные токи будут меньше. Чтобы получить входной ток на каждую фазу, мы разделим наш расчет входного тока на √3 (1,73).

Рассчитаем этот пример: STR10N6 / 208. Из таблицы данных STR мы узнаем, что максимальная мощность составляет 6000 Вт, КПД составляет 90%, а коэффициент мощности составляет 0,85. Несмотря на то, что STR по проекту будет работать с напряжением до 180 В переменного тока, в этом примере он будет питаться от трехфазной сети 208 В переменного тока. Мы получаем максимальный входной ток на фазу следующим образом:

КПД источника питания
6000 Вт /.9 = 6666 Вт

Коэффициент мощности
6666 Вт / 0,85 = 7843 ВА

Напряжение входной линии
208 В переменного тока — 10% = 187 В переменного тока

Максимальный входной ток переменного тока
7843 ВА / 187 В переменного тока = 41,94 ампер (если он был однофазным)

Поправка для трехфазного входа
41,94 ампера / √3 (1,73) = 24,21 ампера на фазу

Итак, у нас есть два уравнения, одно для однофазных входов и одно для трехфазных входов:

Однофазное уравнение максимального входного тока
Входной ток = максимальная мощность / (КПД) (коэффициент мощности) (минимальное входное напряжение)

Уравнение трехфазного максимального входного тока
Входной ток = максимальная мощность / (КПД) (коэффициент мощности) (минимальное входное напряжение) ( √3)

Эти расчеты входного тока предназначены для наихудшего случая: предполагается, что блок работает на максимальной мощности, работает при низком уровне напряжения в сети и с учетом КПД и коэффициента мощности.

Щелкните здесь, чтобы загрузить pdf.

Как оценить потребность в электроэнергии

Когда вы получаете счет за электроэнергию каждый месяц, вы можете не понимать, как именно была рассчитана общая сумма. Каждое устройство или бытовая техника в вашем доме вносит свой вклад в общую сумму счета. Чтобы выяснить, какие приборы и устройства потребляют больше всего энергии, вы можете оценить общие требования к мощности , для каждого устройства. Эта оценка также полезна для оценки требований к мощности для альтернативной или резервной системы энергоснабжения.

Оценить потребности в энергии и затраты на питание электронного устройства или прибора очень просто. На задней панели каждого устройства есть этикетка с указанием потребляемой мощности. Это число, которое вам понадобится, чтобы определить свое потребление энергии и требования. Наряду с ваттами вам нужно будет оценить количество часов в день, в течение которых устройство или прибор используется. Если вы предпочитаете не проверять все свои устройства вручную, вы можете приобрести устройство, которое поможет вам оценить потребление энергии.Эти устройства варьируются от простых устройств измерения мощности до сложных решений для домашнего мониторинга. В этом посте мы предполагаем, что у вас нет доступа к сложному решению для домашнего мониторинга. Если вы новичок в чтении этикеток с энергопотреблением на задней панели ваших приборов и устройств, просмотрите следующие несколько разделов с справочной информацией, чтобы получить представление об основах электротехники и терминологии.

Предпосылки: основы электротехники

Чтобы понять электрические термины, указанные на этикетках прибора или устройства, необходимо понять несколько электрических терминов.Основные термины: напряжение, ток и сопротивление:

.

Напряжение (Вольт): Разница в потенциальной энергии (заряде) между двумя точками в цепи. Одна точка имеет больше энергии, чем другая, и разница между точками называется напряжением. Напряжение измеряется в вольтах.
Ток (Ампер): Поток электронов (заряд) между двумя точками в цепи. Сила тока измеряется в амперах.
Сопротивление (Ом): Сопротивление — это электрическое сопротивление (сложность) между двумя точками в проводнике.Сопротивление измеряется в Ом.

Напряжение, ток и сопротивление связаны уравнением, называемым законом Ома:

В = I x R

где V — вольт, I — ток, а R — сопротивление. При описании напряжения, силы тока и сопротивления часто используется аналогия «вода, текущая в трубе». Ток аналогичен потоку воды, а напряжение — это давление в трубе. Когда напряжение (давление) выше, будет течь более сильный ток.На рис. 1 показана аналогия с водой с (а) давлением (напряжением) без тока и (б) давлением (напряжением) и током.

Рисунок 1. Механическое изображение напряжения и тока.

Электроэнергия также может быть выражена в единицах мощности, называемых Вт . Ватт — это единица измерения электрической мощности, представленная током в один ампер в цепи с разностью потенциалов в 1 вольт. Мощность связана с напряжением и током следующим уравнением:

P = I x V

где P — мощность, I — ток, а V — вольты.Мощность (электрическая энергия) измеряется в ваттах или киловаттах. Его также можно измерить с течением времени. Например, лампочка мощностью 60 Вт потребляет 60 Вт в определенный момент времени. Киловатт-час (кВтч) — это электрическая энергия, равная мощности, подаваемой одним киловаттом за один час.

Справочная информация: напряжение переменного и постоянного тока

Электрические концепции, которые мы описали до сих пор, являются примерами постоянного тока (DC) . Постоянный ток (DC) — это электрический ток, который течет линейно в постоянном направлении.Существует также другой тип тока, называемый переменным током (AC) , который отличается от постоянного тока, потому что он меняет направление. Рисунок 2 иллюстрирует разницу между этими двумя концепциями. Как показано, постоянное напряжение постоянно. Напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму, что означает, что оно изменяется со временем.

Рисунок 2. Визуальная разница между постоянным и переменным напряжением.

Мы можем использовать предыдущую аналогию с водой для описания переменного тока; вместо воды, протекающей по трубе, вода в трубе перемещается вперед и назад с помощью рукоятки, соединенной с поршнем.На рисунке 3 показана иллюстрация этой концепции. Брызги жидкости могут быть очень быстрыми — 50 или 60 циклов в секунду (50 или 60 Гц). Устройства, которые питаются от топливных элементов , или , батареи , используют питание постоянного тока; однако устройства, которые подключаются к стене в наших домах, используют переменный ток.

Рисунок 3. Переменный ток Аналогия напряжения (напряжения) и тока.

Проверка необходимой энергии

Чтобы оценить использование энергии в вашем доме, могут помочь следующие источники:

• Счета за электричество
• Рейтинг оборудования
• Ожидаемые профили нагрузки

Посмотрев на свой счет за электричество, вы можете увидеть, как ваши ватты меняются от месяца к месяцу в течение года.Ваше потребление энергии является сезонным и зависит от того, где вы живете. Например, если вы живете в холодном климате, ваши зимние счета могут быть намного выше, чем ваши летние счета из-за потребности в тепле зимой. В жарком климате ваш летний счет может быть намного выше, чем ваш зимний, из-за того, что кондиционер работает все лето.

Каждый прибор или электронное устройство имеет паспортную табличку, на которой указаны напряжение, сила тока, частота и мощность. Обычно они расположены на задней панели устройства.Эти характеристики представляют собой максимальное количество мощности, которое может быть поставлено; следовательно, номинальная мощность, указанная на паспортной табличке, теоретически соответствует 100-процентному использованию. Многие устройства не загружаются на 100 процентов; поэтому использование паспортных данных может привести к завышению требований к мощности. Пример паспортной таблички показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Паспортные таблички электронного устройства.

Хотя потребление энергии можно рассчитать на основании ваших счетов за электричество и паспортных табличек устройства, фактические измерения дадут более точные данные.Фактические измерения нагрузки можно получить с помощью ватт-часов. Эти фактические измерения нагрузки часто используются для проектирования PV , топливных элементов и систем резервного питания от батарей. Фактическая нагрузка требуется для определения размера и стоимости системы альтернативной энергии . Часто разработчики систем рекомендуют потребителю изменить методы использования энергии, чтобы минимизировать потребление энергии, чтобы фотоэлектрическая система могла быть спроектирована с учетом этих требований вместо установки более крупной системы для компенсации пикового использования.

Расчет потребления энергии

Общее количество энергии, потребляемой вашим домом, можно легко рассчитать с помощью шести простых шагов:

1. Укажите количество ватт для каждого прибора или электронного устройства (это называется «нагрузкой» для каждого устройства). Все существующие и планируемые электрические нагрузки должны быть идентифицированы.
2. Оцените среднесуточное использование (количество часов в день, в течение которых прибор или электронное устройство работают)
3. Умножьте мощность устройства на количество часов, в течение которых вы его используете (это даст вам определенное количество «ватт-часов»). Например, если вы используете телевизор мощностью 120 Вт в течение двух часов в день. Вы можете умножить мощность на количество часов, используемых в день, чтобы получить 240 ватт-часов в день.
4. В вашем счете за электричество электричество указано в киловатт-часах. Чтобы сравнить потребление энергии в киловатт-часах, нам нужно будет преобразовать ватт-часы в киловатт-часы. Поскольку 1 киловатт равен 1000 ватт, разделите на 1000, чтобы преобразовать из ватт-часов (Втч) в киловатт-часы (кВтч):

240 Втч / 1000 = 0.24 кВтч

5. Чтобы сравнить эти цифры с вашим счетом за электроэнергию, нам нужно преобразовать это число в количество часов, которые прибор или устройство использует в месяц. Например, 0,24 кВтч x 30 дней = 7,2 кВтч в месяц.
6. Чтобы рассчитать затраты на электроэнергию и сравнить их с вашим счетом за электричество, посмотрите на свой счет за электричество, чтобы определить, сколько вы платите за кВтч. Если в вашем счете указано, что вы платите 0,12 доллара за киловатт-час, стоимость может быть оценена следующим образом: 7.2 кВтч в месяц x 0,12 доллара США за кВтч = 0,86 доллара США в месяц.

Вы можете организовать эти числа, как в Таблице 1 ниже.

Электрическая нагрузка Мощность (Вт) Среднее ежедневное использование (ч) Средняя дневная энергия (ватт-часы) Среднесуточная энергия (киловатт-часы) Среднемесячная энергия (киловатт-часы) Стоимость в месяц ($)
Телевидение 120 2 240 0. 24 7,2 0,86

Таблица 1. Таблица для расчета среднесуточной энергии.

Заполнив Таблицу 1, вы можете получить хорошую оценку количества электроэнергии, которое вы используете каждый месяц, и связанных с этим затрат. Чтобы определить размер системы накопления энергии, вам также нужно будет посмотреть на требуемую пиковую мощность (максимальное количество энергии, которое может потребоваться в день) и продолжительность средней мощности (самый продолжительный период времени, в течение которого средняя мощность нужный).Среднее энергопотребление определяет общее количество энергии, потребляемой за день.

Заключение

В этом посте мы рассмотрели основные электрические термины, такие как напряжение, ток, сопротивление, мощность, постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Затем мы использовали эти концепции для расчета потребности в энергии для прибора или устройства. Эти потребности в энергии можно использовать для оценки общего потребления энергии и связанных затрат на эту энергетическую нагрузку. Расчет этих требований может помочь вам уменьшить ваши счета за электроэнергию и помочь вам определить размер фотоэлектрической, резервной аккумуляторной батареи или другой альтернативной энергетической системы.

Автор:
Д-р Коллин Шпигель

Доктор Коллин Шпигель — консультант по математическому моделированию и техническому письму (президент SEMSCIO) и профессор, имеющий докторскую степень. и степень магистра технических наук. Она имеет семнадцатилетний опыт работы в инженерии, статистике, науке о данных, исследованиях и написании технических статей для многих компаний в качестве консультанта, сотрудника и независимого владельца бизнеса. Она является автором работ « Designing and Building Fuel Cells » (McGraw-Hill, 2007) и «PEM Fuel Cell Modeling and Simulation using MATLAB» (Elsevier Science, 2008).Ранее она владела Clean Fuel Cell Energy, LLC, организацией по топливным элементам, которая обслуживала ученых, инженеров и профессоров по всему миру.

Калькулятор коэффициента мощности

— Дюймовый калькулятор

Найдите коэффициент мощности цепи, указав ниже напряжение, ток и мощность. Калькулятор также вычисляет полную мощность, реактивную мощность и оценивает размер конденсатора, необходимый для ее корректировки.

Как рассчитать коэффициент мощности

Коэффициент мощности является мерой эффективности использования энергии в электрической цепи и представлен числом от 0 до 1.В цепи используется несколько различных типов мощности, и коэффициент мощности — это соотношение между ними.

Истинная мощность — это фактическая мощность, используемая в цепи. Он представлен как P и часто измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).

Реактивная мощность — это мощность, которая поглощается или генерируется схемой для поддержания напряжения. Обычно это происходит, когда ток и напряжение не совпадают по фазе из-за емкостной или индуктивной нагрузки.Он представлен как Q и измеряется в реактивных вольт-амперах (VAR) или в киловольт-амперах реактивных (kVAR).

Полная мощность — это комбинация истинной мощности и реактивной мощности. Он представлен как S и измеряется в вольт-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА).

Для определения коэффициента мощности можно использовать следующую формулу:

PF = cos θ = PS

Определение коэффициента мощности для однофазной цепи

Чтобы рассчитать коэффициент мощности для однофазной цепи, нам нужно знать истинную мощность и полную мощность.Используйте приведенные ниже формулы, чтобы найти коэффициент мощности, полную мощность и реактивную мощность.

Формула коэффициента мощности для однофазной цепи

PF = P (W) (V (V) × I (A) )

Формула кажущейся мощности для однофазной цепи

S (ВА) = V (В) × I (А)

Формула реактивной мощности для однофазной цепи

Q (VAR) = √ (| S (VA) | 2 — P (W) 2 )

Определение коэффициента мощности для трехфазной цепи

Формула для определения коэффициента мощности в трехфазной цепи немного отличается и требует знания межфазного напряжения. Это формулы для определения коэффициента мощности в трехфазной цепи переменного тока.

Формула коэффициента мощности для трехфазной цепи

PF = P (W) (√3 × V (V) × I (A) )

Формула полной мощности для трехфазной цепи

S (ВА) = √3 × V (В) × I (A)

Формула реактивной мощности для трехфазной цепи

Q (VAR) = √ (| S (VA) | 2 — P (W) 2 )

Корректирующий коэффициент мощности

Поскольку ток через цепь увеличивается с уменьшением коэффициента мощности, это может привести к потере энергии из-за неэффективности.Добавление емкости в схему может исправить это.

Чтобы оценить величину емкости, необходимую для корректировки, используйте формулу ниже.

емкость (мкФ) = 1000000 × Q (ВАР) (2 × π × 60 (Гц) × В (В) 2 )

Калькулятор также оценивает размер конденсатора, необходимый для корректировки коэффициента мощности. Он использует эту формулу и предполагает электрическую систему 60 Гц.

ампер, ватт и вольт: руководство по измерению мощности

В октябре 2018 года мы написали статью на тему Хэллоуина о предотвращении перебоев в подаче электроэнергии.Мы обсудили несколько общих вещей, включая то, как узнать измерения мощности. В этой статье мы повторим сказанное, а также расширим его.

Во-первых, давайте определим наши термины

Согласно Google, вот технические определения для ампер, вольт и ватт:

Ампер: единица электрического тока, равная одному кулону в секунду.

Вольт: единица электродвижущей силы в системе СИ, разность потенциалов, которая будет управлять одним ампером тока против сопротивления в одно ом.

Вт: единица измерения мощности в системе СИ, эквивалентная одному джоулю в секунду, соответствующая мощности в электрической цепи, в которой разность потенциалов составляет один вольт, а сила тока — один ампер.

Чтобы определить их более простым и аналогичным образом, пользователь Reddit Gsnow творчески объясняет разницу между этими измерениями мощности следующим образом:

«Думайте об этом как о потоке воды.

Вольт = давление воды

ампер = объем движущейся воды

Если у вас высокое давление, но низкая громкость (высокое напряжение, низкая сила тока), это похоже на ирригатор дантиста.

Если у вас большой объем, но низкое давление (большая сила тока, но низкое напряжение), это как если бы ваш подвал затопил стены или стоки.

Если у вас большая громкость и высокое давление (большая сила тока и высокое напряжение), это похоже на то, как пожарный шланг попадает вам в грудь с расстояния 3 фута и отбрасывает вас обратно через комнату.

Вт — это мера того, сколько силы создается, другими словами, насколько велик эффект, который производит поток воды (электрический поток) ».

Расчет измерений мощности

Рейтинг усилителя

Ваш автоматический выключатель может выдерживать только определенную силу тока. Он имеет определенную номинальную силу тока, которая позволяет вашему автоматическому выключателю работать и обеспечивать ваш дом электричеством. Если этот предел будет превышен, ваш выключатель отключится, чтобы предотвратить повреждение проводки и приборов в вашем доме.

Как узнать силу тока в доме

Это довольно просто. Все, что вам нужно сделать, это подойти к выключателю и проверить ручку. Большинство бытовых цепей имеют ток 15-20 ампер, и чем новее ваш дом, тем выше вероятность.Зная свою силу тока, вы можете узнать, сколько устройств вы можете поддерживать с ее помощью.

Какую силу тока используют ваши устройства?

Во-первых, убедитесь, что вы знаете, сколько ампер выдерживает ваша схема. Затем проверьте этикетку вашего устройства или руководство пользователя, чтобы узнать, сколько ватт и вольт будет использовать устройство. Разделите количество ватт на количество вольт, и вы получите максимальное количество ампер, которое потребуется для вашей схемы. Возможно, вам стоит отслеживать, сколько ампер потребляет каждое устройство.Таким образом, вы можете отслеживать, сколько энергии вы потребляете. Если вы в конечном итоге превысите свой лимит, вы отключите цепь.

Выходное напряжение

Напряжение — это мощность, которая поступает из ваших розеток, и ее измерение называется вольтами. Одна розетка обычно может выдавать до 120 вольт.

Какие бывают типы токов напряжения?

Постоянный ток (DC): Электричество течет в одном направлении. Это тип тока, который будет использовать большая часть вашей цифровой электроники.

Переменный ток (AC): Электричество периодически меняет направление своего потока. Большинство домов подключено к сети переменного тока, и поэтому ваш дом, скорее всего, тоже построен для этого.

Сколько вольт выходит из моей розетки?

Опять же, убедитесь, что вы знаете номер силы тока вашей цепи. Затем проверьте устройство, которое вы подключаете к розетке, чтобы узнать, сколько ватт оно потребляет. Все, что вам нужно сделать после этого, это разделить полученное количество ватт на значение силы тока вашей цепи.Полученное число — это количество вольт, выходящих из вашей розетки для поддержки вашего устройства.

Измерения ватт

Мы обсуждали выше амперы и вольты, но есть еще один вопрос, который следует учитывать — ватты. Ватт — это единица измерения электроэнергии или единицы мощности.

Как можно рассчитать количество ватт, которое может выдержать ваша схема?

Все, что вам нужно знать, это две вещи. Как обсуждалось в предыдущих расчетах, вам нужно знать силу тока в вашей цепи.Вам также необходимо знать, сколько вольт может выдавать ваша розетка. Затем умножьте силу тока на количество вольт. Это максимальное количество ватт, которое ваша схема может поддерживать одновременно. Если вы превысите это количество, вполне возможно, что произойдет электрический взрыв.

Обратитесь в службу поддержки JP Electrical

Если ваш автоматический выключатель когда-либо сработает или у вас возникнут другие проблемы с электричеством в вашем доме, позвоните нам. Мы предоставляем различные бытовые и коммерческие услуги и особенно хорошо разбираемся в электромонтажных работах, освещении и панелях.Также можем предоставить генераторы!

Позвоните в JP Electrical сегодня!

Как рассчитать электрическую мощность и энергию

Электроэнергия — это скорость выполнения работ. (См. Также: Что такое работа, энергия и мощность?) Электроэнергия — это скорость, с которой электричество работает или обеспечивает энергию. В системе СИ единица мощности — ватт, один джоуль в секунду.

Электроэнергия обычно вырабатывается электрическими генераторами, но может также поставляться электрическими батареями.Электроэнергия обычно продается электрическими компаниями в киловатт-часах (3,6 МДж), которые представляют собой произведение мощности в киловаттах на время работы в часах. Электроэнергетические компании измеряют мощность с помощью электросчетчика, который учитывает текущую сумму электроэнергии, доставленной потребителю.

Определение и уравнения для мощности

Электрическая мощность — это скорость выполнения работы, измеряемая в ваттах и ​​обозначаемая буквой P.Термин «мощность» означает «электрическая мощность в ваттах». Электрическая мощность в ваттах, вырабатываемая электрическим током I, состоящим из заряда Q кулонов каждые t секунд, проходящего через разность электрических потенциалов (напряжений) V, составляет:

P = работа, выполненная за единицу времени = VQ / t = (V) (I) или мощность = напряжение x ток или вольт x амперы

где: Q — электрический заряд в кулонах, t — время в секундах, I — электрический ток в амперах, а V — электрический потенциал или напряжение в вольтах

Электроэнергетика

Электрическая энергия = мощность x время.Общее количество используемой электроэнергии зависит от общей мощности, используемой всеми вашими электрическими устройствами, и общего времени, в течение которого они используются в вашем доме.

Электрическая энергия измеряется в киловатт-часах

Энергия = Мощность x Время или Киловатт-часы = Киловатт x Часы

Один киловатт-час равен 1000 ватт энергии, используемой в течение одного часа времени.

Как рассчитать стоимость электроэнергии

Из Con Ed Bill — «Мы измеряем вашу электроэнергию по тому, сколько киловатт-часов ((кВтч) вы используете.Один киловатт-час будет освещать 100-ваттную лампочку на 10 часов «.» В 2015 году среднее годовое потребление электроэнергии потребителем коммунальных услуг в США составило 10812 киловатт-часов (кВтч), в среднем 901 кВтч в месяц . В Луизиане было самое высокое годовое потребление электроэнергии на уровне 15 435 кВтч на бытового потребителя, а на Гавайях было самое низкое — 6 166 кВтч на бытового потребителя ».

ОБРАЗЕЦ ПРОБЛЕМЫ:

Сколько энергии и мощности потребуется, чтобы запустить кондиционер мощностью 900 Вт в течение 10 часов подряд?

Решение: Энергия = Мощность x Время = 900 Вт x 10 часов = 9000 Вт-час = 9 кВтч.

КАК ПОНИМАТЬ СЧЕТ ЗА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

ДАННЫЕ ИЗ СЧЕТА

г. Нью-Йорка 2017 г.

Многое нужно для понимания того, за что вы платите. Это не только стоимость топлива, но и плата за доставку, различные услуги и налоги.

Чтобы объяснить это, мы используем фактический счет Con Ed за небольшую квартиру в Нью-Йорке, использующий Con Edison.

ЗАРЯДЫ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Из Con Edison:

Электроэнергия, которую вы использовали в течение 30-дневного расчетного периода с 03 января 2013 г. по 02 февраля 2017 г.

Мы измеряем вашу электроэнергию по тому, сколько киловатт-часов (кВтч) вы используете.

Один кВт-ч будет светить 100-ваттную лампочку на 10 часов.

02,17 февраля фактическое значение 95175 кВтч

3 января, 17 фактическое значение 94838 кВтч

Таким образом, вы использовали электроэнергию 337 кВтч


ВАШЕ ПОСТАВКА / ПЛАТА — было 337 кВтч при 0,5282 цента / кВтч (это плата за электроэнергию, поставляемую вам Con Ed = 18,83 долларов США

Плата за функцию продавца — плата, связанная с получением кредита на электроэнергию и деятельностью, связанной с сбором, = 1 доллар США. 41

GRT и другие налоги = 0,48 доллара США

Общие затраты на поставку = 20,52 долл. США , что составляет 6,1 центов / кВтч.


ВАША ДОСТАВКА

Базовая плата за обслуживание 16,38 долларов США

Это изменение базовой инфраструктуры системы и услуг, связанных с клиентами, включая учет клиентов, снятие показаний счетчиков и обслуживание счетчиков.

Доставка 337 кВтч при 11,0208 ц / кВтч = 37,14 долларов США

Это плата за обслуживание системы, через которую Con ed поставляет вам электроэнергию.

Изменение преимуществ системы при 0,6706 ц / кВтч = 2,26 долл. США

Это возмещает затраты, связанные с деятельностью по чистой энергии, проводимой научным сотрудником штата Нью-Йорк по вопросам энергетики

Временная надбавка штата Нью-Йорк 0,1246 цента / кВтч = 0,42

Покрывает новые пошлины, установленные государством

GRT и другие доплаты 2,87 $

Итого стоимость доставки $ 69,5


НАЛОГ НА ПРОДАЖУ @ 4. 5000%, взимаемый от имени штата Нью-Йорк = 3 доллара США.58

ОБЩАЯ ПЛАТА ЗА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ 63,15 $


ОБРАЗЕЦ ВОПРОСА:

Какова стоимость поставки для работы холодильника мощностью 600 Вт в течение 24 часов (при использовании ON) при стоимости 0,06 цента / кВтч? Примечание. Холодильники не работают постоянно.

Решение: Энергия = Мощность x Время = 600 Вт x 24 часа = 14,4 кВтч x 0,06 цента / кВтч = 864 цента = 8,64 доллара США

Проверьте свой
Понимание:

Как подобрать двигатели для нагрузки, мощности и мощности двигателя

Рэнди Барнетт

Проведите гибкий токовый пробник Fluke iFlex ™ вокруг одного проводника.Или вы можете центрировать губки токоизмерительных клещей вокруг одного проводника.

Это заблуждение среди тех, кто выбирает и устанавливает двигатели. Правильный выбор двигателей для данной нагрузки приводит к более эффективному управлению нагрузками, экономии энергии и экономии долларов. Двигатели обычно наиболее эффективны, когда они загружены от 90% до 95%. Тот факт, что на паспортной табличке двигателя указано «25 л.с.», не означает, что двигатель выдает двадцать пять лошадиных сил во время работы. Двигатель может производить немного меньше в зависимости от требований к нагрузке.Если двигатель постоянно работает с этими пониженными требованиями к мощности, деньги тратятся впустую, и вам следует подумать о замене его двигателем правильного размера.

Кроме того, сечение проводов и предохранителей или автоматического выключателя, питающего этот двигатель, зависит от номинального тока полной нагрузки двигателя, ожидаемой частоты его работы и других факторов. Установка проводов и прерывателей большего диаметра, чем необходимо, — напрасная трата. Также важно понимать, что даже при низких требованиях к мощности двигатель по-прежнему потребляет относительно большой ток.Например, двигатель, работающий без нагрузки, по-прежнему потребляет около 50% своего номинального тока.

При замене двигателя подберите двигатель к заданию

При замене двигателей важно согласовать двигатель с заданием. В дополнение к выбору правильного напряжения, фазы (трехфазной или однофазной), буквенного обозначения и буквенного кода обязательно выберите правильную номинальную мощность. Если двигатель был заменен ранее или работает с насосом, вентилятором или другим оборудованием, размер которого не был определен производителем оригинального оборудования как часть всей системы, возможно, вы выбрали двигатель неправильного размера.Измерение базовых значений напряжения и тока для оценки собственных требований к мощности предоставит вам более эффективную систему.

Такая информация важна при проведении энергетического исследования. Если нагрузка двигателя изменяется на 90% или менее от полной нагрузки в течение длительного времени, приложение может быть подходящим для привода с регулируемой скоростью и, таким образом, значительной экономии. Например, если требования к мощности двигателя в лошадиных силах могут быть уменьшены с помощью привода с регулируемой скоростью, чтобы снизить скорость двигателя до 90% от полной номинальной скорости двигателя, то потребление энергии снижается до 73% от того, что требуется для работы на полной скорости. Еще одна причина узнать требования к нагрузке вашего оборудования!

В некоторых случаях двигатель может быть перегружен, потребляя ток, превышающий его номинальный. Будь то плохие подшипники, смещенный вал или другие проблемы с техническим обслуживанием, или просто чрезмерная нагрузка на двигатель, однозначно имеет место один вредный эффект: чрезмерное нагревание обмоток. Тепло ухудшает изоляцию и является основной причиной отказа двигателя. Хотя правильно рассчитанные и установленные перегрузки вызывают отключение двигателя обычно на уровне от 115% до 125% от значения тока полной нагрузки, указанного на паспортной табличке, выделяемое за это время тепло обязательно сокращает срок службы двигателя.

Определение фактической мощности двигателя

Значения рабочего тока и напряжения двигателя должны измеряться и регистрироваться на регулярной основе в рамках программы профилактического обслуживания. Используйте эту формулу для оценки мощности двигателя: Мощность (л.с. ) = Напряжение x Средняя мощность x% КПД x коэффициент мощности x 1,73 / 746. (Подробнее см. Диаграмму ниже.)


Используйте эту формулу для оценки мощности двигателя

Мощность (л.с.) = напряжение x сила тока x% EFF x коэффициент мощности x 1,73 / 746

Где:

Напряжение — это среднее значение трех измеренных напряжений: (AB + AC + BC) / 3

Ампер — средний измеренный ток трех фаз: (A + B + C) / 3

% EFF — КПД двигателя на паспортная табличка двигателя

Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности (кВт) к полной мощности (кВА).При отсутствии инструментов для измерения коэффициента мощности практическое правило заключается в оценке коэффициента мощности на уровне 0,85

1,73 — константа, используемая при расчете трехфазной мощности

746 — константа для преобразования ватт в лошадиные силы (746 Вт = 1 л. с.)

Пример: Сколько лошадиных сил имеет двигатель мощностью 25 л.с., вырабатывающий при 472 вольтах и ​​потребляющий в среднем 20 ампер на фазу с маркировкой на паспортной табличке двигателя, указывающей эффективность 90%?

Мощность (л.с.) = Напряжение x Сила тока x% КПД x коэффициент мощности x 1.73/746

= 472 В x 20 А x 0,90 x 0,85 x 1,73 / 746 = 17 л.с.


Самый быстрый метод точной оценки мощности двигателя — использовать цифровые клещи для измерения тока и напряжения на двигателе, а затем выполнить простой расчет. Используйте эту формулу для оценки мощности двигателя. Мощность (л.с.) = Напряжение x Сила тока x% КПД x коэффициент мощности x 1,73 / 746. Обязательно соблюдайте правила безопасной работы, соответствующие конкретному применению. Благодаря наличию цифровых мультиметров с удаленным дисплеем, таких как токоизмерительные клещи для измерения истинного среднеквадратичного значения с удаленным дисплеем Fluke 381, рабочие могут снизить воздействие смертельного напряжения и зоны опасности дугового разряда.

Для получения точных показаний важно использовать токоизмерительные клещи с истинным среднеквадратичным значением. В то время как токи двигателя обычно можно считывать непосредственно с лицевой стороны привода с регулируемой скоростью, питающего соответствующий двигатель, для другого оборудования потребуется использование измерителя, обеспечивающего точные показания при наличии гармоник и синусоидальных искажений.

Измерение нагрузок, отличных от двигателей

Вам также необходимо записать рабочие значения нагрузок, отличных от двигателей. Поскольку мощность в лошадиных силах определяется не для других нагрузок, кроме двигателей, просто используйте процедуру, описанную во врезке «Используйте эту формулу для оценки мощности двигателя», чтобы измерить и записать текущее значение нагрузки.Примерами таких нагрузок могут быть герметичные мотор-компрессоры с хладагентом, используемые в оборудовании HVAC, осветительные нагрузки и нагревательные элементы. Номинальный ток нагрузки герметичных компрессоров с хладагентом и номинальные значения тока на других типах оборудования необходимо сравнивать с измеренными значениями, когда вы имеете дело с отключениями выключателя или перегревом оборудования. Чтобы определить размер прерывателя и проводов, необходимых для питания вашей нагрузки, см. Национальный электротехнический кодекс® (NEC®), инструкции производителя, чертежи и любые местные нормативные требования.Хотя NEC имеет особые правила для различных типов оборудования, такого как двигатели и оборудование HVAC, обычно проводники и автоматические выключатели рассчитаны на 125% от продолжительной нагрузки плюс 100% от непостоянной нагрузки.

Зонд iFlex ™ окружает единственный проводник в этом шкафу привода для блока обработки воздуха (AHU). Токоизмерительные клещи Fluke 381 используются для записи показаний силы тока с целью устранения предполагаемой проблемы привода. Те же клещи используются для оценки мощности двигателя.

«Непрерывная нагрузка» — это нагрузка, при которой ожидается, что максимальный ток будет продолжаться в течение трех часов или более. Один важный момент: при выборе размеров проводов и выключателей для двигателей используйте соответствующую таблицу в NEC для тока полной нагрузки двигателя, а не ранее измеренное значение или информацию с паспортной таблички двигателя. Ранее измеренное значение помогает определить размер нагрузки. Размеры проводов и прерывателей для питания двигателя основываются на кодовых таблицах, в которых указаны значения тока полной нагрузки для конкретных фаз, напряжения и мощности двигателей.Номинальные параметры и измеренные значения производителя используются для нагрузок, отличных от двигателя.

Например, трехфазный двигатель насоса охлажденной воды мощностью 25 лошадиных сил должен проработать при полной нагрузке в течение трех часов или более. В таблицах NEC указано, что ток полной нагрузки трехфазного двигателя мощностью 460 В и мощностью 25 лошадиных сил составляет 34 ампера. Следовательно, проводники, питающие двигатель, должны иметь размер 34 x 1,25 = 43 А (125% от 34 ампер). Таблицы допустимой нагрузки в NEC используются для определения фактического сечения проводника в зависимости от типа изоляции, температуры окружающей среды и других условий.Максимальный размер автоматического выключателя или предохранителя для двигателя основан на другой таблице NEC, Таблица 430. 52. Максимальное значение этого устройства защиты от перегрузки по току может находиться в диапазоне от 175% до 250% от тока полной нагрузки. Всегда консультируйтесь с Национальными правилами установки электрооборудования или у квалифицированного электрика для уточнения размеров проводки двигателя, предохранителей и автоматических выключателей, а также требований к защите двигателей от перегрузки. То же самое касается герметичных мотор-компрессоров с хладагентом и другого электрического оборудования.

Цель: правильно подобранная и безопасная установка, работающая с максимальной эффективностью

Вы должны определить мощность двигателя в полевых условиях, чтобы убедиться, что используется двигатель правильного размера. Если двигатель слишком большой, рассмотрите возможность замены двигателя или установки привода с регулируемой скоростью. Регулярное измерение и запись значений тока и напряжения также является важной частью программы качественного профилактического обслуживания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *