Как зависит мощность от напряжения

Содержание

Мощность электрического тока – это физическая величина, которая характеризует количество энергии, передаваемой электрическим током за единицу времени, и является важным показателем электрической системы.

Формула мощности электрического тока: основы и применение обновлено: 4 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

В данной лекции мы будем говорить о мощности электрического тока. Мощность – это важная характеристика электрической цепи, которая позволяет определить, сколько энергии передается или потребляется в единицу времени. Мощность электрического тока измеряется в ваттах и является произведением силы тока на напряжение. В ходе лекции мы рассмотрим определение мощности, ее формулу, единицы измерения и основные свойства. Также рассмотрим примеры расчета мощности электрического тока.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Как зависит мощность от напряжения в однофазных сетях

Рассматривая зависимость мощности от напряжения в однофазных сетях, следует учитывать влияние такого фактора, как промышленная частота, которая является причиной возникновения особых нагрузок:

емкостных (у конденсаторов), при этом вектор тока на 90° сдвигается вперед относительно вектора напряжения;
индуктивных (в обмотках катушек), когда происходит отставание вектора тока на 90°.

Такого рода нагрузки называют реактивными. Комплекс реактивных нагрузок создает дополнительные потери мощности, не выполняющие полезных действий. Эти мощности также именуются реактивными. В отличие от активных нагрузок, для реактивных характерно такое явление, как сдвиг фазы (между напряжением и током).

Для электроприборов, предназначенных для работы в цепи переменного тока, рассчитывается так называемая полная мощность (этот параметр обозначают буквой «S»), которая складывается из величины активной мощности и реактивной составляющей.

В соответствии с постоянными изменениями тока и напряжения промышленной частоты (этот процесс описывается синусоидальным законом) меняются и показатели мощности. Поэтому принято рассматривать интегрирующее (суммарное) значение для определенного временного промежутка, а не отдельные мгновенные показатели.

Зависимость мощности от напряжения в трехфазных сетях

Чаще всего применяемая в современной электроэнергетике трехфазная цепь представляет собой три однофазные цепи, которые расположены на комплексной плоскости со сдвигом 120° относительно друг друга. Небольшие отличия между нагрузками в каждой фазе приводят к неравномерности, за счет которой в нулевом проводе создается ток.

Зависимость тока от частоты и емкости

Складывая составляющие в каждой фазе, мы получаем общую мощность для подключенного к схеме устройства. При расчете общей мощности применяются специальные приборы:

ваттметры для определения активной составляющей (один или несколько);
варметры для замера реактивной составляющей.

Использование этих двух приборов возможно при различной нагрузке фаз, симметричной или несимметричной, то есть как в уравновешенных, так и в неуравновешенных трехфазных системах.

Еще один метод измерения, который известен как косвенный, основан на применении амперметра и вольтметра. Вычислив параметр S и разделив его на значение линейного напряжения, мы получаем величину общего тока потребления.

Информация о том, чем отличается эксплуатация устройств в цепях постоянного и переменного тока, помогает максимально точно рассчитать мощность в зависимости от показателей тока и напряжения для каждого конкретного случая и убедиться в безопасности и эффективности эксплуатации электродвигателей и прочего оборудования.

Электрическая мощность

Электрическая мощность дает скорость, с которой энергия передается по цепи. Электрическая мощность измеряется в ваттах. Эта мощность потребляется, когда напряжение вызывает протекание тока в цепи. Следовательно, электрическая мощность есть произведение напряжения и силы тока. Математически P = VI По закону Ома V = IR и I = V/R Подставляя в уравнение мощности P = I 2 R P = V 2 / R Следовательно, электрическая мощность, P =VI или I 2 R или V 2 / R Это три основные формулы для нахождения электрической мощности в цепи. Таким образом, мощность может быть рассчитана, когда известна любая из двух величин.

Подобно треугольнику закона Ома, на рисунке ниже показан треугольник мощности, чтобы показать соотношение между мощностью, напряжением и током. Уравнения отдельных параметров легко запоминаются по этому рисунку. Округлите и скройте параметр, который необходимо измерить, а положение оставшихся двух параметров дает уравнение для поиска скрытого или округленного параметра, как показано на рисунке ниже.

Круговая диаграмма закона Ома

В дополнение к двум вышеупомянутым концепциям существует еще один метод определения параметров схемы с использованием закона Ома, который представляет собой круговую диаграмму закона Ома. Используя круговую диаграмму закона Ома, можно легко запомнить все уравнения для нахождения напряжения, тока, сопротивления и мощности, которые необходимы для упрощения электрических цепей, которые могут быть простыми или сложными.

На приведенном выше рисунке показана круговая диаграмма, которая показывает взаимосвязь между мощностью, напряжением, током и сопротивлением. Эта диаграмма разделена на четыре блока для мощности, напряжения, сопротивления и тока. Каждый блок состоит из трех формул с двумя известными значениями для каждой формулы. Из диаграммы для нахождения каждого параметра в цепи мы можем использовать любую из трех доступных формул.

Мощность

Мощность можно вычислить, умножив силу тока на напряжение. Логично, что при делении мощности на напряжение мы получаем значение силы тока.

На большинстве современных электрический приборов указана потребляемая мощность. О напряжении в бытовых силовых розетках мы уже говорили.

Для примера возьмем обычный электрический чайник. Мощность у выбранной нами модели составляет около 2000 Ватт (2 кВт), а напряжение в розетке – 230 Вольт (0,23 кВ). Делим 2 кВт на 0,23 кВ и получаем силу тока, которая равняется примерно 9 Амперам. Теперь идем в щиток и смотрим, что у нас на розеточные группы установлен автоматический выключатель на 16 Ампер. Это означает, что чайник мы можем включить без проблем. А если вам необходимо включить второй такой чайник (или любой другой прибор с такой же мощностью), то лучше не делать этого одновременно.

Главный закон электрики

Значение силы тока в бытовых приборах будет увеличиваться пропорционально увеличению мощности, указанной на корпусе устройства. При одном и том же напряжении ток будет больше в том приборе, сопротивление которого меньше. Это можно определить с помощью соответствующих измерений.

Провод небольшой длины обладает относительно малым сопротивлением. Если подключить его к силовой розетке, то значение тока, которое пройдет по нему, будет слишком велико.

Стоит помнить, что сопротивление нагревательных приборов резко возрастает из-за нагревания нити накала.

Если мы говорим об индуктивных нагрузках, то здесь возникает реактивное сопротивление.

Мы рассказали вам о главном законе электричества – законе Ома для участка цепи. Понимание данного принципа поможет вам осознать многие процессы, возникающие в электрике.

Выводы и полезное

Свойства мощности электрического тока

Мощность электрического тока имеет несколько свойств, которые помогают нам понять ее сущность и применение. Вот некоторые из них:

Зависимость от напряжения и сопротивления

Мощность электрического тока зависит от напряжения и сопротивления в электрической цепи. Формула для расчета мощности электрического тока выглядит следующим образом:

где P – мощность (в ваттах), V – напряжение (в вольтах), I – сила тока (в амперах).

Это означает, что при заданном напряжении, увеличение силы тока приведет к увеличению мощности, а увеличение сопротивления приведет к уменьшению мощности.

Потери мощности

В электрических цепях обычно возникают потери мощности в виде тепла. Это связано с сопротивлением проводников и других элементов цепи. Чем больше сопротивление, тем больше потери мощности. Поэтому важно учитывать эти потери при проектировании и использовании электрических систем.

Эффективная мощность

В некоторых случаях, особенно при работе с переменным током, используется понятие эффективной мощности. Это мощность, которую бы имело постоянное напряжение и ток, чтобы произвести такое же количество работы, как переменный ток. Эффективная мощность обычно обозначается символом Pэфф.

Мощность и энергия

Мощность электрического тока и энергия, которую он потребляет, связаны между собой. Энергия, потребляемая электрическим током, может быть рассчитана как произведение мощности на время:

где E – энергия (в джоулях), P – мощность (в ваттах), t – время (в секундах).

Это свойство мощности электрического тока позволяет нам определить, сколько энергии будет потреблено при заданной мощности и времени работы.

Эти свойства мощности электрического тока помогают нам понять, как она влияет на работу электрических систем и как ее можно использовать для различных целей.

Примеры расчета мощности электрического тока

Пример 1:

Предположим, у нас есть электрическая цепь с напряжением 12 вольт и силой тока 2 ампера. Чтобы рассчитать мощность этого тока, мы можем использовать формулу:

где P – мощность (в ваттах), V – напряжение (в вольтах), I – сила тока (в амперах).

Подставляя значения в формулу, получаем:

P = 12 В * 2 А = 24 Вт

Таким образом, мощность этого тока составляет 24 ватта.

Пример 2:

Предположим, у нас есть электрическая цепь с напряжением 220 вольт и сопротивлением 10 ом. Чтобы рассчитать мощность этого тока, мы можем использовать формулу:

где P – мощность (в ваттах), V – напряжение (в вольтах), R – сопротивление (в омах).

Подставляя значения в формулу, получаем:

P = (220 В)^2 / 10 Ом = 48400 Вт / 10 Ом = 4840 Вт

Таким образом, мощность этого тока составляет 4840 ватт.

Пример 3:

Предположим, у нас есть электрическая цепь с сопротивлением 5 ом и силой тока 3 ампера. Чтобы рассчитать мощность этого тока, мы можем использовать формулу:

где P – мощность (в ваттах), I – сила тока (в амперах), R – сопротивление (в омах).

Подставляя значения в формулу, получаем:

P = (3 А)^2 * 5 Ом = 9 А^2 * 5 Ом = 45 Вт

Таким образом, мощность этого тока составляет 45 ватт.

Это всего лишь несколько примеров расчета мощности электрического тока. В реальных ситуациях мощность может быть рассчитана с использованием различных формул, в зависимости от известных параметров электрической цепи.