В каких единицах измеряется мощность электрического тока

Работа электрического тока в цепи определяется по формулам: $A = Uq$ и $A = UIt$. Но часто, кроме самой работы, нам важна скорость ее выполнения. В механике у нас была такая величина — мощность.

Что называют мощностью? Как рассчитать мощность?

Мощность — это физическая величина, равная отношению работы ко времени, за которое она была совершена. Она определяется по формуле: $N = frac$.

На данном уроке мы рассмотрим мощность как величину, характеризующую работу именно электрического тока.

Мощность тока и ее связь с напряжением и силой тока

В электричестве мощность обозначается буквой $P$, а не $N$. При этом смысл этой величины остается тем же. Эта величина численно равна работе, которая совершается в единицу времени:
$P = frac$, где $P$ — мощность электрического тока.

Как рассчитать мощность электрического тока через напряжение и силу тока?

Вы уже знаете, что работа электрического тока определяется по формуле: $A = UIt$. Подставим это выражение в определение мощности:
$P = frac = frac = UI$.

Мощность электрического тока — это величина, численно равная произведению напряжения на силу тока:
$P = UI$.

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.

Определение мощности электрического тока

Мощность электрического тока – это физическая величина, которая характеризует количество энергии, передаваемой или потребляемой электрическим током за единицу времени. Она показывает, насколько быстро электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии, такие как тепло, свет или механическая работа.

Мощность электрического тока обычно обозначается символом P и измеряется в ваттах (Вт). Она является важной характеристикой электрической цепи и позволяет оценить эффективность использования электрической энергии.

Электрическая мощность

Физика

Работа и мощность электрического тока. Работа тока | Физика 8 класс #19 | Инфоурок

Электри́ческая мо́щность, работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. В цепях постоянного тока электрическая мощность равна произведению электрического напряжения U (в вольтах) и силы тока I (в амперах).

В цепях переменного тока различают мгновенную, активную, реактивную и полную мощности. Мгновенная электрическая мощность равна произведению мгновенных значений U и I. Активная электрическая мощность – среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока; характеризует скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии (например, тепловую , световую , механическую ). В цепях однофазного (синусоидального) тока активная электрическая мощность P = UI ∙ cos φ, для трёхфазного тока P = √3 ∙ UI ∙ cos φ; U и I – действующие (среднеквадратические за период) значения напряжения и силы тока, φ – угол сдвига фаз между I и U. Активная электрическая мощность может быть выражена через I или U и активное сопротивление электрической цепи r либо её проводимость G по формуле: P = I²r = U²G. В любой электрической цепи активная электрическая мощность равна сумме активных мощностей отдельных участков цепи. Единица активной электрической мощности – ватт . Реактивная электрическая мощность характеризует скорость накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности , а также обмен энергией между отдельными участками электрической цепи (в частности, между генератором и приёмником). В цепях синусоидального тока реактивная электрическая мощность участка Q = UI ∙ sin φ. Единица реактивной мощности – вар . Полная (кажущаяся) электрическая мощность характеризует мощность, отдаваемую в цепь источником переменного тока. Для цепей синусоидального тока полная мощность связана с активной и реактивной электрическими мощностями соотношением: S = √(P² + Q²) = UI. Единица полной электрической мощности – вольт-ампер (В·А). Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме средних мощностей отдельных гармоник .

Редакция технологий и техники. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2012.

Опубликовано 12 июля 2023 г. в 11:43 (GMT+3). Последнее обновление 12 июля 2023 г. в 11:43 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Физика

Области знаний: Электрические цепи и сигналы

Как определить максимальную нагрузку тока

Полезная мощность показывает максимальное значение при ситуации, когда сопротивление нагрузки R сравнивается с таким же параметром внутри источника — r.

P max = E2 / 4r, где E — это движущая сила источника тока.

Для расчета предельной токовой нагрузки для электрического устройства нужно знать параметр номинальной нагрузки и напряжение переменного тока на входе. Технический паспорт прибора, руководство или эмблема содержат первый показатель.

Например, когда номинальный параметр бытовой техники (P) составляет 12 Вт, максимальная величина потребляемого тока при переменном напряжении составит для:

  • 120 В – I = 12/120 = 0,100 А или 100 мА.
  • 220 В – I = 12 / 220= 0,055A или 55 мА.

При необходимости, количество потребленной электроэнергии выражается через комплексную величину. С этой целью применяют базовые соотношения, импеданс используют вместо сопротивления.

Каждую современную квартиру нужно оснащать электрическими приборами. Для их подключения к сети необходимо составить принципиальную схему, где согласованно друг с другом распределятся нагрузки, подключенные к отдельным линиям. Нужно встраивать автоматический выключатель на основании ПУЭ для недопущения аварийных случаев.

Вначале уточняются параметры электропроводки. Затем проверяются по схеме группы для подключения к сети бытовых электроприборов.

Стандартные характеристики электрической мощности потребления (Вт):

  • стационарный компьютер – 170-1 250;
  • жидкокристаллический телевизор – 120 – 265;
  • ноутбук – 40-280;
  • кондиционер – 1 200 – 2 500;
  • утюг – 450-1850.

Для защиты сети необходим автомат, его выбираем с учетом всех существенных факторов.

Автомат

Важно уделить внимание нагрузкам, имеющим повышенные параметры реактивной энергии.

Работа и мощность тока

При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.

При прохождении заряда (q) по участку цепи электрическое поле будет совершать работу: (A=qcdot U), где (U) — напряжение электрического поля, (A) — работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению заряда (q) из одной точки в другую.

Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок.
Рис. (1). Зависимость между работой, напряжением и зарядом

Количество заряда, прошедшее по участку цепи, пропорционально силе тока и времени прохождения заряда: q = I ⋅ t .

Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна напряжению на её концах и количеству заряда, проходящего по этому участку: A = U ⋅ q .

Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна силе тока, времени прохождения заряда и напряжению на концах участка цепи: A = U ⋅ I ⋅ t .

Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.

3.png

Рис. (2). Зависимость между работой, силой тока и временем прохождения заряда
Единицы измерения величин:
работа электрического тока ([A]=1) Дж;
напряжение на участке цепи ([U]=1) В;
сила тока, проходящего по участку ([I]=1) А;
время прохождения заряда (тока) ([t]=1) с.

Для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.

Рис. (3). Схема и часы для измерения
I = 1 , 2 А U = 5 В t = 1 , 5 мин = 90 с А = U ⋅ I ⋅ t = 5 ⋅ 1 , 2 ⋅ 90 = 540 Дж
Обрати внимание!
Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.

(1) кДж = 1000 Дж или (1) Дж = (0,001) кДж;
(1) МДж = 1000000 Дж или (1) Дж = (0,000001) МДж.

Для потребителей электрической энергии существуют приборы, позволяющие в пределах ошибки измерения получать числовые данные о ее расходе в единицу времени.

soe_52_60_11_sh.jpg

Рис. (4). Электросчетчик

Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени: N = А t . Чтобы найти мощность электрического тока, надо поступить точно также, т.е. работу тока, A = U ⋅ I ⋅ t , разделить на время.

Мощность электрического тока обозначают буквой (Р):
P = A t = U ⋅ I ⋅ t t = U ⋅ I . Таким образом:
Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока: P = U ⋅ I .

Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.

Рис. (5). Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока
За единицу мощности принят ватт: (1) Вт = (1) Дж/с.
Из формулы P = U ⋅ I следует, что

(1) ватт = (1) вольт ∙ (1) ампер, или (1) Вт = (1) В ∙ А.
Обрати внимание!

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
(1) гВт = (100) Вт или (1) Вт = (0,01) гВт;
(1) кВт = (1000) Вт или (1) Вт = (0,001) кВт;
(1) МВт = (1 000 000) Вт или (1) Вт = (0,000001) МВт.

Измерим силу тока в цепи с помощью амперметра, а напряжение на участке — с помощью вольтметра.
Рис. (6). Схема

Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:

I = 1 , 2 А U = 5 В P = U ⋅ I = 5 ⋅ 1 , 2 = 6 Вт .

Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.

В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.
Аналоговый ваттметр
Аналоговый ваттметр
Аналоговый ваттметр
Цифровой ваттметр

0007-004-Vattmetr-pribor-dlja-izmerenija-moschnosti.jpg

791838.jpeg

c301 (1).jpg

0987.jpg

Рис. (7). Приборы для измерения

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

1.pngJauda1.png

Рис. (8). Лампы различной мощности в цепи

Сила тока в лампочке мощностью (25) ватт будет составлять (0,1) А. Лампочка мощностью (100) ватт потребляет ток в четыре раза больше — (0,4) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно (220) В. Легко можно заметить, что лампочка в (100) ватт светится гораздо ярче, чем (25)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в (4) раза больше, потребляет в (4) раза больше тока. Значит:

Обрати внимание!
Мощность прямо пропорциональна силе тока.

Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение (110) В и (220) В.

2_1.png Jauda2.png

Рис. (8). Лампа, подключенная к источнику тока с различным напряжением

Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:

Обрати внимание!
Мощность зависит от напряжения.
Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:

I = 0 , 2 А U = 110 В P = U ⋅ I = 110 ⋅ 0 , 2 = 22 ВтI = 0,4 А U = 220 В P = U ⋅ I = 220 ⋅ 0,4 = 88 Вт .

Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в (2) раза мощность увеличивается в (4) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).

dsc_0264.jpg79616800.jpg2642_0.jpg

Мощность электрического тока.

Мощность электрического тока

Действие тока характеризуют не только работой A, но и мощностью P. Мощность тока показывает, какую работу совершает ток за единицу времени. Бели за время t была совершена работа А, то мощность тока . Подставляя в это равенство выражение (A = IUt), получаем:

Это выражение можно переписать в разных формах, воспользовавшись законом Ома для участка цепи:

Мощность электрического тока

.

В СИ работу выражают в джоулях (Дж), мощность — в ваттах (Вт), а время — в секундах (с). При этом 1 Вт = 1 Дж/с, 1 Дж = 1 Вт · с.

Рассчитаем наибольшую допустимую мощность потребителей электроэнергии, которые могут одновременно работать в квартире. Так как в жилых зданиях сила тока в проводке не должна превышать I = 10 А, то при напряжении U = 220 В соответствующая электрическая мощность оказывается равной:

Одновременное включение в сеть приборов с большей суммарной мощностью приведет к увеличению силы тока, и потому недопустимо.

В быту работу тока (или израсходованную на совершение этой работы электроэнергию) измеряют с помощью специального прибора, называемого электрическим счетчиком (счетчиком электроэнергии). При прохождении тока через этот счетчик внутри его начинает вращаться легкий алюминиевый диск. Скорость его вращения прямо пропорциональна силе тока и на­пряжению. Поэтому по числу оборотов, сделанных им за данное время, можно судить о работе, совершенной током за это время. Работа тока при этом выражается обычно в киловатт-часах (кВт · ч).

1 кВт · ч — это работа, совершаемая электрическим током мощностью 1 кВт в течение 1 ч. Так как 1 кВт = 1000 Вт, а 1 ч = 3600 с, то

1 кВт · ч = 1000 Вт · 3600 с = 3 600 000 Дж.

Закон Ома для цепей переменного тока

В общем, закон Ома можно применить и к цепям переменного тока . Если нагрузка индуктивная или емкостная, то также учитывается реактивное сопротивление нагрузки. Следовательно, с некоторыми изменениями закона Ома, учитывающими влияние реактивного сопротивления, его можно применять к цепям переменного тока. Из-за индуктивности и емкости в переменном токе будет значительный фазовый угол между напряжением и током. А также сопротивление переменному току называется импедансом и обозначается как Z. Таким образом, закон Ома для цепей переменного тока задается как E = IZ I = E/Z Z = E/I Где E — напряжение в цепи переменного тока, I — текущий ток, Z — импеданс. Все параметры в приведенном выше уравнении представлены в комплексной форме, которая включает фазовый угол. Подобно круговой диаграмме цепи постоянного тока, круговая диаграмма закона Ома для цепи переменного тока приведена ниже.

Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Пример закона Ома (цепи переменного тока)

Рассмотрим приведенную ниже схему, в которой нагрузка переменного тока (сочетание резистивной и индуктивной) подключена к источнику переменного тока 10 В, 60 Гц. Нагрузка имеет сопротивление 5 Ом и индуктивность 10 мГн.

Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Тогда значение импеданса нагрузки Z = R + jX L Z = 5 + j (2∏ × f × L) Z = 5+ j (2×3,14×60×10×10-3) Z = 5 + j3,76 Ом или 6,26 Ом при фазовом угле -37,016 Ток, протекающий по цепи, равен I = V/Z = 10/(5+ j3,76) = 1,597 А при фазовом угле -37,016
Для расчета параметров сети для подключения нагревателей вы можете воспользоваться данными в данной статье основными формулами, или же просто позвоните нашим специалистам компании Термоэлемент по телефону и получите полную бесплатную консультацию и помощь с выбором нужных параметров нагревателей для вашей задачи по нагреву.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий