В этой статье мы расскажем вам, что представляет собой мощность электрического тока и как её можно рассчитать.
Определение.
Мощность электрического тока (обозначается буквой P) — это физическая величина, определяемая как количество работы, которая совершается источником электрического напряжения для переноса электрического заряда (q) по проводнику за единицу времени t.
Если сказать в целом, то мощность электрического тока показывает, сколько электрической энергии преобразуется за определенное время. Она, в том числе, описывает энергопотребление потребителя.
Формулы
На многих бытовых электроприёмниках есть этикетки с указанием мощности. Мощность (P) говорит о работе (A), выполняемой электроприбором в единицу времени (t). Поэтому, дабы отыскать среднюю мощность электрического тока, необходимо поделить его работу на время, то есть P = A / t.
Давайте рассмотрим, что такое мощность электрического тока. Для этого рассмотрим электрическую цепь (см. рисунок 1), состоящую из источника тока, проводов и какого-либо электроприёмника, которым может быть резистор, аккумулятор, электродвигатель и т.д.
Рекомендуемое электрическое напряжение также указывается на электрооборудовании. Как эти две величины связаны друг с другом? Из школьного курса физики мы знаем, что напряжение (U) между концами данного электроприёмника определяется следующим образом: U = A / q, где: A — работа, совершаемая источником электрического напряжения для переноса электрического заряда (q) по проводнику.
Величина электрического заряда рассчитывается по формуле: q = I * t
Имеем A = P * t; A = U*q, а q = I * t. После преобразования формул получаем: A = P*t = U*q = U*I*t
Отсюда следует (разделив обе стороны уравнения на t), что P = U*I. То есть мы можем сказать, что количество энергии, переданное от источника тока к резистору определяется по формуле: P = U * I
Из этой формулы можно найти, что U = P / I , I = P / U.
Согласно закону Ома для участка цепи I = U/R, где R — электрическое сопротивление участка цепи. Потому из формулы P = U*I следуют две другие формулы для мощности электрического тока, то есть P = U2/R, P = I2R.
Формулу P = I2R комфортно применять для электрических цепей с последовательным соединением проводников, потому что сила электрического тока при таком соединении в проводниках одинакова.
Для параллельно соединенных проводников работу и мощность удобнее выражать через одинаковое для их электрическое напряжение, исключая силу электрического тока, т.е. лучше применять формулу P = U2/R.
Если электроприборы соединены последовательно либо параллельно, их электрическая мощность суммируется. В данном случае для расчета полной мощности употребляется такая формула:
Pобщ = P1 + P2 + … + Pn, где P1 , P2 , … — мощность отдельно взятых электроприёмников.
Единицы измерения и обозначение
Единицей измерения мощности в Международной системе единиц (СИ), является ватт. При этом русское обозначение: Вт, международное: W). 1 Вт = 1 Дж/c. Из формулы P = U*I следует, что: 1 ватт = 1 вольт * 1 ампер, или 1 Вт = 1 В*А.
Есть также единицы измерения мощности, кратные ваттам: гектаватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт). Другими словами 1 гВт = 100 Вт, 1 кВт = 1000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.
Единицы мощности, применяемые в электротехнике, кратны ватту: микроватт (мкВт), милливатт (мВт), гектоватт (гВт), киловатт (кВт) и мегаватт (МВт). Другими словами, 1 мкВт = 1*10-6 Вт, 1 мВт = 1*10-3 Вт, 1 гВт = 1*102 Вт, 1 кВт = 1*103 Вт, 1 МВт = 1*106 Вт.
Каждый электроприбор имеет определенную мощность (указана на приборе). Вот типовые значения мощности для некоторых электроприборов.
| Прибор | Мощность, Вт |
| Телевизор в режиме ожидания | 0,5 |
| Лампа карманного фонарика | Около 1 |
| Лампы накаливания | 25-150 |
| Холодильник | 160 |
| Электронагреватель | 500-2000 |
| Пылесос | До 1300-1800 |
| Электрочайник | Около 2000 |
| Утюг | 1200-2200 |
| Стиральная машина | До 2300 |
Раньше для обозначения мощности использовалась единица измерения — лошадиная сила (л.с.), которая известна и сейчас. Переведите из лошадиных сил в ватты, используя выражение: 1 л.с. = 735.5 Вт.
Пример расчета мощности электрического тока
В конце концов, вы сможете проверить свои познания на 2-ух обычных примерах.
Представьте, что в первой задачке у вас есть резистор R = 50 Ом, через который течет электрический ток I = 0,3А. Какая электрическая мощность преобразуется в этом резисторе?
Вы можете отыскать решение, найдя соответствующую формулу и подставив в нее заданные значения. То есть у нас получается: P = I2R = 0,32 * 50 = 4,5 Вт
Во второй задаче дан резистор R, электрическое сопротивление которого 700 Ом. В техническом описании указано, что максимальная мощность этого резистора составляет 10 Вт. Насколько высоким может быть напряжение, подаваемое на этот резистор?
Для решения этой задачки подбираем подходящую формулу: P = U2/R, откуда мы находим Umax = Pmax * R = 700 * 10 = 83,67 В.
Это означает, что максимальное напряжение может составлять 83,67 В. Чтобы подстраховаться, следует выбирать электрическое напряжение значительно ниже этого предела.
Более подробно о том как можно находить мощность электрического тока я писал в статье: https://www.asutpp.ru/kak-nayti-moschnost.html
Измерение мощности электрического тока
Вы сможете измерить силу электрического тока при помощи вольтметра и амперметра. Чтобы высчитать нужную мощность, помножьте электрическое напряжение на силу тока. Электрический ток и напряжение можно найти по показаниям приборов.
Помните, что вы всегда должны определять электрическое напряжение параллельно нагрузке и электрический ток последовательно.
Есть особые приборы – ваттметры, определяющие мощность электрического тока в цепи, которые, по сути, подменяют два устройства – амперметр и вольтметр.
Единицы измерения электрического тока, применяемые на практике
В паспортах потребителей электроэнергии – лампочки, плиты, электродвигатели – обычно указывают силу электрического тока в них. Исходя из мощности, найти работу электрического тока за данный промежуток времени довольно просто, нужно лишь использовать формулу A = P*t.
Выразив мощность в ваттах, а время в секундах, мы получим работу в джоулях: 1 Вт = 1 Дж/с, где 1 Дж = 1 Вт*с.
Но эту единицу работы неудобно применять на практике, так как электроприёмники потребляют ее в течение долгих периодов времени, как, к примеру, в бытовых устройствах – в течение нескольких часов, в электропоездах – в течение нескольких часов либо даже суток, а расчет потребленной энергии по электросчетчику в большинстве случаев делается раз в месяц.
Потому при расчете работы тока либо затраченной и выработанной электроэнергии во всех этих случаях нужно переводить эти промежутки времени в секунды, что усложняет расчеты.
Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010. [2]
Потому на практике, при расчете работы электрического тока, более удобно выражать время в часах, а работу электрического тока не в джоулях, а в других единицах: например, ватт-час (Вт*ч), гектоватт*час (гВт*ч), киловатт-час (кВт*ч).
Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010. [2]
Будут верны следующие соотношения:
- 1 Вт*ч = 3600 Дж;
- 1 гВт*ч = 100 Вт*ч = 360 000 Дж;
- 1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3 600 000 Дж.
Задача. Существует электрическая лампа, рассчитанная на ток в мощностью 100 ватт. Лампа работает в течение 6 часов каждый день. Нам нужно отыскать работу электрического тока за один месяц (30 дней) и стоимость потребленной электроэнергии, предполагая, что тариф составляет 500 копеек за один кВт/ч.
Запишем условие задачки и решим ее.
Входные данные: P = 100 Вт, t = 6 ч * 30 = 180 ч, тариф = 500 к / кВт*ч .
Решение задачи. Мы знаем, что A = P*t, потому получаем: A = 100 Вт*180 ч = 18 000 Вт*ч = 18 кВт*ч.
Мы рассчитываем стоимость так: Стоимость = 500 к / кВт*ч * 18 кВт*ч = 9000 копеек = 90 рублей.
Ответ: A = 18 кВт*ч, стоимость израсходованной электроэнергии = 90 рублей.
Связь мощности тока с действием тока в электрической цепи
Сравнение мощности тока с номинальной мощностью электрического прибора позволяет определить, насколько сильно нагружен в электрической цепи прибор. Если мощность тока меньше номинального, то действие тока не достаточно интенсивно или совсем не проявляется. Подключение мощного прибора к слабому источнику тока не вызывает в нем никаких действий. Приборы, рассчитанные на малую мощность работы тока, при подключении к источникам, создающим сильное поле, сгорают.
Список использованной литературы
- Физика, 8 класс, Исаченкова Л.А., Лещинский Ю.Д., Дорофейчик В.В., 2018
- Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.
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.
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
Например:
I = 1,2 АU = 5 Вt = 1,5 мин = 90 сА = 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.
Рис. (4). Электросчетчик
Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени:
N = Аt
. 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):
. 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.
Пример:
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:
.
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 |
|
|
|
|
|
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.
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.
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=0,2АU=110ВP=U⋅I=110⋅0,2=22Вт | I=0,4АU=220ВP=U⋅I=220⋅0,4=88Вт. |
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).
Рис. (9). Маркировка
В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:
Таблица (1). Мощность различных приборов
|
Название |
Рисунок |
Мощность |
| Калькулятор |
|
(0,001) Вт |
| Лампы дневного света |
|
(15 — 80) Вт |
| Лампы накаливания |
|
(25 — 5000) Вт |
| Компьютер |
|
(200 — 450) Вт |
| Электрический чайник |
|
(650 — 3100) Вт |
| Пылесос |
|
(1500 — 3000) Вт |
| Стиральная машина |
|
(2000 — 4000) Вт |
| Трамвай |
|
(150 000 — 240000) Вт |
Источники:
Рис. 1. Зависимость между работой, напряжением и зарядом. © ЯКласс.
Рис. 3. Схема и часы для измерения. © ЯКласс.
Рис. 5. Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока. © ЯКласс.
Рис. 6. Схема. © ЯКласс.
Таблица 1. Мощность различных приборов. Компьютер. Указание авторства не требуется, 2021-08-14, Pixabay License, https://pixabay.com/ru/photos/яблоко-стул-компьютер-1834328/.
Как найти мощность тока в лампе формула
Как выбрать мощность светильника по площади освещения
Мощность — объем электрической энергии, потребляемой электроприбором из сети (ватт). Находится как сумма мощностей ламп, установленных в нем. От них же зависит эффективность работы источника освещения. Лампы накаливания, галогенные или компактные люминесцентные по этому показателю проигрывают светодиодным. Часть преобразуемой энергии, потребляемой ими из сети, тратится не только на освещение, но и на нагрев (лампы становится горячими в процессе работы). Световой поток светильника измеряется в люменах. Чем больше прибор потребляет энергии из сети, тем ярче поток света.
По какой формуле вычисляется
В следующих пунктах рассмотрены подробно типичные ситуации (подключаемые устройства):
- источник постоянного напряжения (светодиоды);
220V, одна фаза (кухонная вытяжка);
380V, три фазы (станок).
Расчет силы тока по мощности и напряжению в сети постоянного тока
С помощью изученных принципов можно выяснить, как посчитать мощность (пример):
- к источнику 5 V последовательно подключают несколько светодиодов;
- измеряют ток в цепи с помощью мультиметра (0,85 А);
- для определения количества ватт формула «P = I * U» поможет узнать результат: 5 * 0,85 = 4,25 Вт.
Как узнать мощность однофазной нагрузки
Без поправочных коэффициентов можно применить аналогичный алгоритм при подключении лампочки накаливания. Однако в рассматриваемом примере (вытяжка) вычисляют мощность переменного тока по формуле с учетом индуктивных параметров электродвигателя. В этом случае применяют специальный корректирующий множитель – cosϕ.
Как определить мощность, показывает следующий алгоритм действий:
- берут из сопроводительной документации значение cosϕ (например, 0,75);
- эти же данные производители указывают на типовых шильдиках;
- измеряют ток (1,25 А);
- напряжение известно – 220 B;
- чтобы определить мощность тока, формула дополняется соответствующим множителем:
Pакт = 1,25 * 220 *0,75 = 206,25 Вт.
Как найти мощность тока в трехфазной сети
В этих сетях электричество поступает к потребителям по разным цепям. Вместо «фазного» в данном случае применяют понятие «линейного» напряжения, которое измеряется между отдельными проводниками (Uлин=380В). Чтобы рассчитать мощность корректно, применяют дополнительный множитель (√3 = 1,7321).
Средняя P в активной нагрузке
Зная мощность переменного тока (350 Вт), после простого преобразования базовой формулы можно вычислить:
I = P/ (U * √3 * cosϕ) = 350 / (380 * 1,7321 * 0,75) = 350/ 493,6485 = 0,7 А.
Как рассчитать электрическую мощность в быту
Теоретическая электротехника рассматривает показатели как мгновенные величины, которые зафиксированы в некоторый временной отрезок. Если мгновенная мощность постоянной сети остается неизменной в любой точке цепи и во всех интервалах времени, то для переменной этот показатель будет всегда неодинаковым.
Отсюда получим формулы для расчета мощности (P):
- U*I;
- I2*R;
- U*I*cos(фи).
В интернете сейчас есть онлайн-калькуляторы, которые сами посчитают и выдадут результат. Пользователю нужно лишь подставить значения характеристик, которые находятся на шильдике устройства.
Определение и формула мощности тока
Мощность тока – есть работа тока в единицу времени:
Формулой для вычисления мощности можно считать выражение:
В том случае, если участок цепи содержит источник тока, то формулу мощности можно представить в виде:
$P=left(varphi_<1>-varphi_<2>right) I+varepsilon I$
где $left(varphi_<1>-varphi_<2>right)$ – разность потенциалов, $varepsilon$ – ЭДС источника, который включен в цепь.
Выражение (5) является интегральной записью. Это выражение можно представить в дифференциальной форме, если использовать понятие удельной мощности ($P_=frac$ – мощность, развиваемая током в единице объема проводника):
где j – плотность тока, $rho$ – удельное сопротивление.
Что такое мощность электрического тока
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.
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.
Приборы для измерения величин
Внутреннее сопротивление – формула
Отдельные параметры можно измерить с применением специализированных приборов. Амперметры включают в разрыв цепи. Вольтметры – к выходным клеммам нагрузки.
Схема подключения амперметра
Сильные токи измеряют косвенным способом с применением калиброванного сопротивления (шунта). Также применяют специализированные клещи, образующие при соединении замкнутый контур катушки индуктивности. Рассмотренные выше методики вычислений в сетях переменного тока применяют с учетом реактивных параметров подключаемой техники.
По какой формуле вычисляется мощность электрического тока
Данная величина привязана одновременно к нескольким физическим параметрам. Напряжение — это работа, необходимая для перемещения 1 кулона. Сила означает число кулонов, которые проходят за 1 секунду. Если умножить ток на напряжение, он будет равен количеству работы в секунду. Для вычисления мощности электрического тока формулу вывести нетрудно.
Она выглядит как P = A / t = I x U, обозначения следующие:
- P — мощность тока в ваттах (Вт);
- A — его работа на данном участке цепи в джоулях (Дж);
- t — время, за которое совершена работа (в секундах);
- U — напряжение электричества для участка цепи в вольтах (В);
- I — сила в амперах (А).
Указанная формула показывает, что зависимость мощности от напряжения и силы тока одинакова в этой связке. Один показатель может быть выше и тем самым скомпенсировать другой для обеспечения мощного электротока. Эта особенность обеспечивает передачу электроэнергии на дальние расстояния. Ее преобразование происходит через регулирующие трансформаторы на подстанциях.
Верное определение мощности критически важно для соблюдения правил техники безопасности при эксплуатации электросети и исключения возгораний. Это может произойти, если проводка выбрана неправильно. Для измерения необходимо использовать специальные приборы, но это возможно не всегда.
Определение мощности для переменного тока:
- с помощью амперметра;
- по формуле P= U х I с использованием значений в указанный момент времени;
- по формуле P= U х I x сos φ, если есть сдвиг фаз.
Символ φ обозначает коэффициент мощности. Когда к сети подключен только свет или приборы для нагревания, он равен 1, для более сложного и мощного оборудования промышленного типа цифра составляет 0,8. Формула для расчета мощности через сопротивление в сети постоянного тока — P = IU.
Подбор номинала автоматического выключателя
Автоматические выключатели защищают электрические аппараты от токов короткого замыкания и перегрузок.
При аварийном режиме они обесточивают защищаемую цепь при помощи теплового или электромагнитного механизма расцепления.
Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины с различными коэффициентами теплового расширения. Если номинальный ток превышен, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления.
У электромагнитного расцепителя имеется соленоид с подвижным сердечником. При превышении заданного I, в катушке увеличивается электромагнитное поле, сердечник втягивается в катушку соленоида, в результате чего срабатывает механизм расцепления.
Минимальный I, при котором тепловой расцепитель должен сработать, устанавливается с помощью регулировочного винта.
Ток срабатывания у электромагнитного расцепителя при коротком замыкании равен произведению установленного срабатывания на номинальный электроток расцепителя.
Действие всех узнаваемых электрических устройств происходит за счет электроэнергии. В итоге этого мы получаем свет, тепло, звук, механическое движение, другими словами различные виды энергии. В этой статье мы разглядим и изучим такое физическое понятия, как мощность электрического тока.
Формулы мощности тока
Под мощностью тока так же, как и в механике, понимают работу, которая осуществляется за единицу времени. Высчитать мощность, зная работу, которую делает электрический ток за некоторый промежуток времени, поможет физическая формула.
Ток, напряжение, мощность в электростатике связаны равенством, которое можно вывести из формулы A = UIt. По ней определяют работу, которую делает электрический ток:
P = A/t = UIt/t = UI
Таким макаром, формула мощности неизменного тока на любом участке цепи выражается как произведение силы тока на напряжение между концами участка.
Единицы измерения мощности
1 Вт (ватт) — мощность тока в 1 А (ампер) в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В (вольт).
Устройство для измерения мощности электрического тока именуется ваттметр. Также формула мощности тока позволяет определять мощность при помощи вольтметра и амперметра.
Внесистемная единица мощности — кВт (киловатт), ГВт (гигаватт), мВт (милливатт) и др. С этим связаны и некоторые внесистемные единицы измерения работы, которые нередко применяют в быту, к примеру (киловатт·час). Так как 1кВт = 10 3 Вт, а 1ч = 3600с, то
Закон Ома и мощность
Используя закон Ома, формула мощности тока P = UI записывается в таком виде:
P = UI = U 2 /R = I 2 /R
Итак, мощность, выделяемая на проводниках, прямо пропорциональна силе тока, протекающей через проводник, и напряжению на его концах.
Фактическая и номинальная мощность
При измерении мощности в потребителе формула мощности тока позволяет найти ее фактическую величину, другими словами ту, которая реально выделяется на этот момент времени на потребителе.
В паспортах разных электрических устройств также отмечают значение мощности. Ее именуют номинальной. В паспорте электрического устройства обычно указывают не только лишь номинальную мощность, но и напряжение, на которое он рассчитан. Но напряжение в сети может мало отличаться от обозначенного в паспорте, к примеру, возрастать. С повышением напряжения возрастает и сила тока в сети, а поэтому, и мощность тока в потребителе. Другими словами значение фактической и номинальной мощности устройства могут отличаться. Наибольшая фактическая мощность электрического устройства больше номинальной. Это изготовлено с целью предотвращения выхода устройства из строя при малозначительных конфигурациях напряжения в сети.
Если цепь состоит из нескольких потребителей, то, рассчитывая их фактическую мощность, следует держать в голове, что при любом соединении потребителей общая мощность во всей цепи равна сумме мощностей отдельных потребителей.
Коэффициент полезного деяния электрического устройства
Как понятно, безупречных машин и устройств не существует (другими словами таких, которые бы на сто процентов превращали один вид энергии в другой либо генерировали бы энергию). Во время работы устройства непременно часть затраченной энергии уходит на преодоление ненужных сил сопротивления либо просто «рассеивается» в окружающую среду. Таким макаром, только часть затраченной нами энергии уходит на выполнение полезной работы, для выполнения которой и было сотворено устройство.
Физическая величина, которая указывает, какая часть полезной работы в затраченной, именуется коэффициентом полезного деяния (дальше КПД).
Другими словами, КПД указывает, как отлично применяется затраченная работа при ее выполнении, к примеру, электрическим устройством.
КПД (обозначается греческой буковкой η («эта»)) — физическая величина, которая охарактеризовывает эффективность электрического устройства и указывает, какая часть полезной работы в затраченной.
КПД определяется (как и в механике) по формуле:
Если известна мощность электрического тока, формулы для определения ККД будут смотреться так:
До того как определять КПД некоторого устройства, нужно найти, что является полезной работой (зачем сотворено устройство), и что является затраченной работой (работа осуществляется либо какая энергия затрачивается для выполнения полезной работы).
Задачка
Рядовая электрическая лампа имеет мощность 60 Вт и рабочее напряжение 220 В. Какую работу делает электрический ток в лампе, и сколько вы платить за электроэнергию в течение месяца, при тарифе Т = 28 рублей, используя лампу 3 часа каждый денек?
Какая сила тока в лампе и сопротивление ее спирали в рабочем состоянии?
1. Для решения данной задачи:
а) вычисляем время работы лампы в течение месяца;
б) вычисляем работу силы тока в лампе;
в) вычисляем плату в месяц по тарифу 28 рублей;
г) вычисляем силу тока в лампе;
д) вычисляем сопротивление спирали лампы в рабочем состоянии.
2. Работу силы тока рассчитываем по формуле:
Силу тока в лампе поможет вычислить формула мощности тока:
Сопротивление спирали лампы в рабочем состоянии из закона Ома равно:
t = 30 дней · 3 ч = 90 ч;
А = 60·90 = 5400 Вт·ч = 5,4 кВт·ч;
I = 60/220 = 0,3 А;
R = 220/0,3 = 733 Ом;
В = 5,4 кВт·ч·28 к / кВт ч = 151 руб.
Работа и мощность тока: как мы платим за электроэнергию?
У каждого в доме есть счетчик, по свидетельствам которого мы каждый месяц платим за электричество, оплачиваем какое-то количество киловатт-часов. Что все-таки такое эти киловатт-часы? За что непосредственно платим? Разберемся 
Мы используем электричество с определенными целями. Электрический ток делает какую-то работу, вследствие этого и работают наши электроприборы. Что все-таки такое – работа электрического тока? Понятно, что работа тока по перемещению электрического заряда на некотором отрезке цепи равна численно напряжению на этом участке. Если же заряд будет отличаться, к примеру, в огромную сторону, то и работа, соответственно, будет совершена большая.
Работу, которую электрическое поле совершает над свободными зарядами в проводнике именуют работой тока
Работа электрического тока охарактеризовывает процесс перевоплощения энергии 1-го вида (энергии электрического поля) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механическую). Рабо та тока на участке цепи: формула
где A — работа, U- напряжение, I — сила тока,
Измеряется работа тока в джоулях (1 Дж).
1 Дж = 1 В * 1 А * 1 с. Другими словами, дабы измерить работу, которую сделал ток, нам необходимы три устройства: амперметр , вольтметр и часы. Счетчики электроэнергии, которые стоят в квартирах, вроде бы соединяют внутри себя все эти перечисленные выше приборы в одном. Они
определяют работу, совершенную током. Работа тока в нашей квартире – это энергия, которую он изр
асходовал на всех включенных в сеть квартиры устройствах. Это и есть то, за
что мы платим. Но, мы платим не за джоули, а за киловатт-часы.
Мощность электрического тока
Мощность тока – это работа тока, совершенная в единицу времени. Другими словами, мощность можно отыскать, разделив работу на время. А работа, как мы уже знаем – это произведение силы тока на напряжение и на время. Таким макаром, время сократится, и мы получим произведение силы тока на напряжение.
где P — мощность тока. Мощность измеряется в ваттах (1 Вт). Используют кратные величины – киловатты, мегаватты.
Работа и мощность электрического тока связаны теснейшим образом. Практически, работа – это мощность тока в каждый момент времени, взятая за определенный промежуток времени. Вот поэтому счетчики в
квартирах определяют работу тока не в джоулях, а в киловатт-часах. Просто величина мощности в 1 ватт – это очень маленькая мощность, и если б мы платили за ватты-в-секунду, мы бы оплачивали 10-ки и сотки тыщ таких единиц. Для упрощения расчетов и приняли единицу «киловатт-час».
Электрический ток: формула
Электрический ток является физическим процессом. Если гласить упрощенно, то это упорядоченное движение заряженных частиц. Его протекание можно измерить и соответственно выразить в символьном и цифровом виде. Формула электрического тока, представляет собой выражение высококачественных и количественных характеристик через сопротивление проводника, напряжение либо разность потенциалов, также через его силу. Так как хоть какое перемещение чего-либо, предполагает под собой совершение работы, то дополнительно можно вести разговор об электричестве используя формулу мощности электрического тока.
Главные понятия и формулы характеризующие электрический ток
Количественным параметром электрического тока является его сила, представляющая собой скалярную величину и выражающуюся в отношении заряда (принято обозначать буковкой q) к периоду времени (t), за которое он пересекает сечение проводника. Поэтому, формула электрического тока, а если гласить верно его сила, будет смотреться следующим образом — I=q/t. Измеряется данный параметр в амперах. Так как скалярные величины являются действительными числами и определяются только значением, сила тока не может иметь отрицательный символ. С учетом того, что величина заряда не является неизменным параметром для различных электрических цепей, было введено понятие – плотность электрического тока (j), формула которой смотрятся так – j=I/S, где S – площадь, пересекаемая зарядами. Поэтому, при увеличении силы тока и уменьшении поперечного сечения проводника плотность тока растет и напротив. Как отмечалось выше, необходимыми параметрами электричества, точнее электрической цепи являются напряжение в ней и сопротивление проводящих ток частей.
Формула выражения силы электрического тока через сопротивление и напряжение
В отличие от базовых исследовательских работ, в базе которых лежат теоретические выкладки данная зависимость была выведена практическим методом. Создателем открытия является физик Ом, в честь которого закон и получил свое имя. По результатам собственных опытов и тестов Ом сделал вывод что сила тока (I) впрямую находится в зависимости от величины напряжения (U)и имеет оборотную зависимость от сопротивления (R) частей и деталей, включенных в электрическую цепь. Эту связь можно представить в виде – I=U/R. Методом легких преобразований, формулы сопротивления и напряжения, выраженные через силу тока, будут смотреться следующим образом – R=U/I и U=IxR, соответственно.
Формула силы электрического тока
Сопротивление электрического тока: формула
Формула напряжения электрического тока
Работа и мощность электрического тока
Формула мощности (Р) электрического тока впрямую находится в зависимости от его работы (А). Под работой тока предполагается преобразование электроэнергии в механический, термический, световой либо другой ее вид. Величина данного процесса впрямую находится в зависимости от времени его протекания, силы тока и напряжения в сети. Это можно выразить следующей формулой – А=IxUxt. Произведение (IxU) является ничем другим как мощностью. Поэтому, чем выше напряжение либо сила тока в сети, тем огромную мощность имеет электрический ток и огромную работу он может совершить за единицу времени. Формула мощности электрического тока имеет следующий вид – Р=А/t либо Р=IxU.
Работа электрического тока формула
Формула мощности электрического тока
Потому, если нужно вычислить, какую работу производит ток, протекая по цепи в течение определенного времени, нужно помножить мощность на временной промежуток, выраженный в секундах. Разглядим использование формул расчета работы и мощности электрического тока на примере электрического мотора, присоединенного к сети 220 В, а сила тока, измеренная амперметром для этого участка, составила 10А.
Р (мощность мотора) = 10А (сила тока) х 220В (напряжение в сети) = 2200 Вт = 2,2 кВт.
Зная данный показатель, также реальное либо предполагаемое время функционирования электродвигателя можно найти какую работу он совершит за этот отрезок времени либо другим словами сколько будет потрачено электроэнергии. Если мотор был включен, к примеру, 1 час, то можно отыскать разыскиваемое значение.
А (работа, совершенная движком) = 2,2 кВт (мощность) х 1 (время работы в часах) = 2,2 кВт ч. Конкретно этот показатель будет отражен на приборе учета расхода электроэнергии.
Исходя из того, что электрический ток является физическим процессом, то какой-нибудь его неведомый параметр можно найти, зная его другие свойства. Приведем более распространенные формулы для определения черт электрической цепи используемые в электротехнике.
Напряжение либо разность потенциалов
Сила электрического тока
Сопротивление
Мощность
В заключение отметим, что приведенная информация справедлива для цепей с неизменным электрическим током. Формулы, используемые для расчета черт переменного тока, будут отличаться за счет введения дополнительных переменных и черт характерных данному типу электричества.
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: $N = frac{A}{t}$.
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:
$P = frac{A}{t}$, 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:
$P = frac{A}{t} = frac{UIt}{t} = UI$.
Мощность электрического тока — это величина, численно равная произведению напряжения на силу тока:
$P = UI$.
Единицы измерения мощности тока
Что принимают за единицу мощности?
Единицей мощности является $1 space ватт$ ($Вт$).
Из формулы $P = frac{A}{t}$ мы получим, что $1 space Вт = 1 frac{Дж}{с}$.
Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока?
Из формулы $P = UI$ следует:
$1 space ватт = 1 space вольт cdot 1 space ампер$,
$1 space Вт = 1 space В cdot А$.
Кратные единицы мощности
На практике часто используют кратные единицы мощности для удобства. К ним относятся гектоватт ($гВт$), киловатт ($кВт$) и мегаватт ($МВт$).
$1 space гВт = 100 space Вт$,
$1 space кВт = 1000 space Вт$,
$1 space МВт = 1 space 000 space 000 space Вт$.
Измерение мощности электрического тока
Мощность электрического тока напрямую зависит от напряжения и силы тока в цепи. Соответственно, для того, чтобы определить мощность тока, нам понадобится два прибора: амперметр и вольтметр. Умножив показания этих приборов друг на друга, мы получим численное значение мощности.
Также для измерения мощности напрямую существуют специальные приборы — ваттметры (рисунок 1). Они непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи.
Мощность, потребляемая некоторыми приборами
В таблице 1 представлены значения мощности для некоторых приборов. Для бытовых приборов она всегда указывается в паспорте каждого устройства.
| Устройство | Потребляемая мощность $P$, $Вт$ |
| Лампа карманного фонаря | 1 |
| Лампа накаливания | 40-200 |
| Холодильник | 160 |
| Кондиционер | 800 |
| Утюг | 1200-2200 |
| Стиральная машина | 2200 |
| Пылесос | 1500-3000 |
| Лампа звезды башни Кремля | 5000 |
| Электропоезд | 6 500 000 |
Упражнения
Упражнение №1
В цепь с напряжением в $127 space В$ включена электрическая лампа, сила тока в которой равна $0.6 space А$. Найдите мощность тока в лампе.
Дано:
$U = 127 space В$
$I = 0.6 space А$
$P — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Мощность электрического тока в лампе рассчитывается по формуле: $P = UI$.
$P = 127 space В cdot 0.6 space А = 76.2 space Вт$.
Ответ: $P = 76.2 space Вт$.
Упражнение №2
Электроплитка рассчитана на напряжение $220 space В$ и силу тока $3 space А$. Определите мощность тока в плитке.
Дано:
$U = 220 space В$
$I = 3 space А$
$P — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Мощность электрического тока в плитке рассчитаем по формуле: $P = UI$.
$P = 220 space В cdot 3 space А = 660 space Вт$.
Ответ: $P = 660 space Вт$.
Упражнение №3
Пользуясь таблицей 1, вычислите, какую работу совершает за $1 space ч$ электрический ток в лампе карманного фонаря, осветительной лампе мощностью $200 space Вт$, в лампе звезды башни Кремля.
Дано:
$t = 1 space ч$
$P_1 = 1 space Вт$
$P_2 = 200 space Вт$
$P_3 = 5000 space Вт$
СИ:
$t = 3600 space с$
$A_1 — ?$
$A_2 — ?$
$A_3 — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Мощность тока по определению равна работе, которую ток совершает за единицу времени: $P = frac{A}{t}$.
Выразим отсюда работу и рассчитаем ее для каждой лампы:
$A = Pt$.
Работа тока в лампе карманного фонаря:
$A_1 = P_1 t$,
$A_1 = 1 space Вт cdot 3600 space с = 3600 space Дж = 3.6 space кДж$.
Работа тока в осветительной лампе:
$A_2 = P_2 t$,
$A_2 = 200 space Вт cdot 3600 space с = 720 space 000 space Дж = 720 space кДж$.
Работа тока в лампе звезды башни Кремля:
$A_3 = P_3 t$,
$A_3 = 5000 space Вт cdot 3600 space с = 18 space 000 space 000 space Дж = 18 space МДж$.
Ответ: $A_1 = 3.6 space кДж$, $A_2 = 720 space кДж$, $A_3 = 18 space МДж$.
Упражнение №4
Рассмотрите один-два электроприбора, используемые в квартире. Найдите по паспорту приборов их мощность. Определите работу тока в них за $10 space мин$.
Если вы не можете найти паспорт прибора, внимательно рассмотрите его. Часто производители указывают мощность на самом устройстве. Мы возьмем пылесос мощностью $2000 space Вт$ и фен для волос мощностью $2200 space Вт$ (рисунок 2).
Дано:
$t = 10 space мин$
$P_1 = 2000 space Вт$
$P_2 = 2200 space Вт$
СИ:
$t = 600 space с$
$A_1 — ?$
$A_2 — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Мощность тока по определению равна работе, которую ток совершает за единицу времени: $P = frac{A}{t}$.
Выразим отсюда работу и рассчитаем ее для каждого прибора:
$A = Pt$.
Работа тока в пылесосе, совершенная за $10 space мин$ его использования:
$A_1 = P_1t$,
$A_1 = 2000 space Вт cdot 600 space с = 1 space 200 space 000 space Дж = 1.2 space МДж$.
Работа тока в фене для волос, совершенная за $10 space мин$ его использования:
$A_2 = P_2t$,
$A_2 = 2200 space Вт cdot 600 space с = 1 space 320 space 000 space Дж = 1.32 space МДж$.
Ответ: $A_1 = 1.2 space МДж$, $A_2 = 1.32 space МДж$.