Электрическая энергия и мощность: ключевые понятия и формулы расчета

Что такое электрическая энергия и мощность. Как рассчитать мощность электрического тока. Какие формулы используются для определения энергии в электрических цепях. Чем отличается активная и реактивная мощность.

Что такое электрическая энергия и мощность

Электрическая энергия — это способность электрического тока совершать работу. Она измеряется в джоулях (Дж) или киловатт-часах (кВт⋅ч). Мощность — это скорость совершения работы или преобразования энергии. Единица измерения мощности — ватт (Вт).

Основные формулы для расчета электрической энергии и мощности:

• W = P * t — энергия равна мощности, умноженной на время
• P = U * I — мощность равна напряжению, умноженному на силу тока
• P = I^2 * R — мощность равна квадрату силы тока, умноженному на сопротивление
• P = U^2 / R — мощность равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление

Активная и реактивная мощность в цепях переменного тока

В цепях переменного тока различают активную и реактивную мощность:

• Активная мощность (P) — это мощность, которая преобразуется в полезную работу или тепло. Измеряется в ваттах (Вт).
• Реактивная мощность (Q) — мощность, которая периодически запасается в магнитном или электрическом поле элементов цепи. Измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Полная мощность (S) — это геометрическая сумма активной и реактивной мощности. Измеряется в вольт-амперах (ВА).

Как рассчитать мощность электрического тока

Для расчета мощности электрического тока используются следующие формулы:

• P = U * I * cos φ — для цепей переменного тока
• P = U * I — для цепей постоянного тока

где:

• P — мощность (Вт)
• U — напряжение (В)
• I — сила тока (А)
• cos φ — коэффициент мощности

Формулы для расчета энергии в электрических цепях

Основные формулы для расчета энергии в электрических цепях:

• W = P * t — энергия равна мощности, умноженной на время
• W = U * I * t — для постоянного тока
• W = U * I * cos φ * t — для переменного тока

где:

• W — энергия (Дж или кВт⋅ч)
• P — мощность (Вт)
• U — напряжение (В)
• I — сила тока (А)
• t — время (с)
• cos φ — коэффициент мощности

Как измерить электрическую энергию и мощность

Для измерения электрической энергии и мощности используются следующие приборы:

• Ваттметр — измеряет активную мощность
• Варметр — измеряет реактивную мощность
• Счетчик электроэнергии — измеряет потребленную электроэнергию
• Амперметр и вольтметр — измеряют ток и напряжение для расчета мощности

При измерениях важно правильно подключать приборы и учитывать их класс точности.

Потери электроэнергии в электрических сетях

В электрических сетях неизбежно возникают потери энергии. Основные виды потерь:

• Потери в проводах из-за их активного сопротивления
• Потери в трансформаторах
• Потери на корону в высоковольтных линиях
• Потери из-за токов утечки в изоляторах

Для снижения потерь применяют: увеличение сечения проводов, повышение напряжения, компенсацию реактивной мощности и другие меры.

Коэффициент мощности и его значение

Коэффициент мощности (cos φ) — это отношение активной мощности к полной мощности в цепи переменного тока. Он показывает, какая часть полной мощности преобразуется в полезную работу.

Низкий коэффициент мощности приводит к:

• Увеличению потерь в сетях
• Снижению пропускной способности линий
• Необходимости завышения мощности трансформаторов

Для повышения коэффициента мощности применяют компенсирующие устройства — конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы и др.

Энергоэффективность электрооборудования

Энергоэффективность — это рациональное использование энергетических ресурсов. Для электрооборудования она характеризуется:

• КПД — отношением полезной мощности к потребляемой
• Удельным расходом энергии на единицу продукции
• Потерями энергии в режиме ожидания

Повышение энергоэффективности достигается за счет:

• Применения современных энергосберегающих технологий
• Оптимизации режимов работы оборудования
• Снижения потерь в элементах электропривода
• Использования систем рекуперации энергии

Расчет стоимости потребленной электроэнергии

Стоимость потребленной электроэнергии рассчитывается по формуле:

С = W * T

где:

• С — стоимость электроэнергии
• W — потребленная энергия (кВт⋅ч)
• T — тариф на электроэнергию (руб/кВт⋅ч)

Для точного расчета необходимо учитывать:

• Многотарифные системы учета
• Разные тарифы для дневного и ночного потребления
• Надбавки за превышение заявленной мощности
• Скидки за компенсацию реактивной мощности

Способы экономии электроэнергии

Основные способы экономии электроэнергии:

• Использование энергосберегающих приборов и оборудования
• Применение систем автоматического управления освещением
• Утепление зданий для снижения расхода на отопление
• Оптимизация режимов работы электрооборудования
• Компенсация реактивной мощности
• Замена устаревшего оборудования на современное энергоэффективное

Экономия электроэнергии позволяет снизить затраты и уменьшить нагрузку на окружающую среду.

Пресс-центр компании «Диполь»

Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Мы продолжаем знакомить читателей с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания (ИП), современным решениям в данной области и уникальным функциям, помогающим решить самые сложные задачи, возникающие при тестировании. В этом номере менеджер по развитию бизнеса и ведущий раздела по системам электропитания объединенного блога Keysight Technologies в России Алексей Телегин обсуждает такие фундаментальные понятия, как мощность и энергия.

Энергия становится все более ценным товаром, ведь человечество гораздо быстрее находит способы ее потребления, чем способы воспроизводства. Даже если бы мы были способны добывать или преобразовывать энергию в неограниченных количествах, процессы ее производства и потребления все равно оказывали бы огромное влияние на жизнь всей планеты. Для решения проблемы растущих потребностей необходимы более разумные и эффективные способы использования энергии. Нельзя не отметить, что в ряде отраслей происходит постоянное развитие технологий для решения данной задачи, и компания Keysight Technologies является активным участником этого, безусловно, положительного процесса.

Несмотря на то, что мощность и энергия — фундаментальные понятия, и большинство профессионалов прекрасно понимают различие между ними, я иногда встречаю сотрудников, ошибочно использующих одно из этих слов вместо другого. Действительно, эти понятия тесно связаны, но все же являются принципиально разными по смыслу.

Итак, начнем с энергии. Вероятно, лучше всего рассматривать ее с точки зрения классической механики движения заряженных частиц. Уравнение кинетической энергии выглядит следующим образом:

Ek = &frac12 × m × v²,

где Ek — энергия частицы, m — масса, а v — скорость. До тех пор, пока эта движущаяся частица не испытывает воздействия, ее энергия остается неизменной. Но что произойдет с частицей под действием внешней силы? Этот вопрос приводит нас к понятию работы. Механическая работа — это мера силы, зависящая от численной величины, направления силы и от перемещения точки. Если эта сила действует в том же направлении, что и перемещение, работа определяется как положительная. Частица получает энергию. Если сила действует в направлении, противоположном перемещению, тогда работа является отрицательной. Энергия частицы уменьшается. Работа выражается следующим образом:

W = Ek2–Ek1,

где Ek1 — энергия частицы до воздействия на нее силы, а Ek2 — энергия частицы после воздействия.

Работа — это количественная мера изменения энергии этой частицы.

Мы подошли к вопросу определения потенциальной энергии. В механике потенциальную энергию можно описать как нечто, что я буду называть возобновляемой силой, приложенной в направлении, противоположном перемещению. В самом типичном случае это будет масса объекта, поднятого на некоторую высоту, на который действует сила тяжести. Это также может быть сила, использованная для растягивания пружины на некоторое расстояние. В случае силы тяжести потенциальную энергию описывает следующая формула:

Ep = m × g × y,

где Ep — потенциальная энергия частицы, m — масса, g — сила тяжести, а y — высота частицы над заданной точкой отсчета. Обратите внимание, что вес — это произведение массы на силу тяжести. Работа, складываемая или вычитаемая (соответственно), — это подъем или опускание частицы на вертикальное расстояние под действием силы тяжести.

Для электричества понятия работы и энергии точно такие же, как и в контексте механики. Известно, что энергию нельзя создать или уничтожить, ее можно только преобразовать из одной формы в другую. Энергию света можно преобразовать в электрическую при помощи фотоэлемента. Электрическую энергию можно преобразовать в механическую при помощи электродвигателя и т. д. Эти процессы не являются эффективными на все 100%, потому что значительная доля исходной энергии преобразуется также в тепловую. Общепринятой мерой энергии являются джоули, которые равны одной ватт-секунде. Чаще всего мы сталкиваемся с этим понятием, когда оплачиваем счета за электроэнергию: сумма в них рассчитывается на основании количества киловатт-часов электроэнергии, которая израсходована с момента выставления предыдущего счета.

Как и в механике, энергию в электрических системах можно сохранять — в частности, в реактивных компонентах (катушках индуктивности и конденсаторах). Энергия в катушке вычисляется по формуле:

E = &frac12× L × I²,

где E — энергия в джоулях, L — индуктивность в генри, а I — сила тока в амперах. Катушка индуктивности хранит свою энергию в магнитном поле. Соответственно, энергия конденсатора определяется по формуле:

E = &frac12× C × V²,

где E — энергия в джоулях, C — емкость в фарадах, а V — электрический потенциал в вольтах. Конденсатор хранит свою энергию в электрическом поле.

Надеюсь, что теперь вы имеете более четкое представление о том, что представляет собой энергия (и работа). Далее необходимо связать эти понятия с мощностью.

Мы знаем, как можно увеличить энергию или, наоборот, уменьшить ее в системе под воздействием совершаемой работы, и установили, что совершенная работа приводит к изменению количества энергии. Но необходимо также знать, в течение какого периода выполнялась работа. Ведь она могла совершаться в течение минуты, дня или года. Мощность является мерой скорости, с которой выполняется работа, и энергии, добавляемой в систему или удаляемой из системы.

Средняя мощность = совершаемая работа/интервал времени.

Когда мы слышим слово «мощность», чаще всего нам в голову приходит мощность в лошадиных силах, которой обладает какой-нибудь автомобиль (по крайней мере, это утверждение справедливо для большинства автолюбителей). Несмотря на то, что чаще всего это понятие используется в отношении механических систем, лошадиная сила все же остается мерой мощности, точно так же, как и электрическая мощность, которую мы потребляем из розеток у себя дома.

Когда-то, еще во времена тепловых двигателей, Джеймс Ватт придумал термин «лошадиная сила» в качестве средства для сравнения своих паровых двигателей с интенсивностью работы, которую может производить лошадь. Механическая работа — это мера силы (фунты), затраченной на перемещение на расстояние (футы). В результате расчета было принято, что лошадь может переместить 550 футо-фунтов за одну секунду, или производить 550 футо-фунтов мощности в секунду.

Электрическая мощность также является мерой работы, выполняемой за единицу времени. Однако в этом случае она перемещает заряд в 1 Кл (кулон) при потенциале в 1 В (вольт) за 1 с (секунду). Обратите внимание, что 1 А (ампер) равен 1 Кл/с. Одна единица электрической мощности равна одному ватту. Подведем итог:

P (ватты) = Q (кулоны) × V (вольты) / t (секунды) = I (амперы) × V (вольты).

Мы говорили о том, что энергия измеряется в ватт-секундах и киловатт-часах. Разделите количество энергии на интервал времени, за который она была использована, и вы получите мощность в ваттах и киловаттах! Какова взаимосвязь между механической и электрической мощностью? Когда появились первые электродвигатели, необходимо было соотнести работу, которую они могли выполнить, с работой тепловых двигателей, которая измерялась в лошадиных силах, где одна лошадиная сила равна 550 футо-фунтов/с. Было определено, что электромотору с КПД, равным 100%, требуется 746 Вт электрической мощности, чтобы произвести одну лошадиную силу механической мощности. Обратите внимание, что оценка работы в лошадиных силах основана на британских единицах измерения физических величин. Мера лошадиной силы на основании метрической системы немного отличается и составляет около 735 Вт.

Итак, теперь вы умеете рассчитывать количество потребляемой мощности электрическими приборами и в лошадиных силах, и в ваттах. В то же время, вы также можете рассчитать мощность двигателя своего автомобиля в ваттах (или киловаттах) вместо лошадиных сил: в наши дни это довольно полезный навык, поскольку мощность в ваттах признается во всем мире, а в лошадиных силах — не везде.

Размер и порядок расчета стоимости электрической энергии для юридических лиц

     Расчет стоимости электрической энергии (мощности) по договору энергоснабжения (купли-продажи (поставки) электрической энергии (мощности)) осуществляется в соответствии с п. 78 «Основных положений функционирования розничных рынков электрической энергии», утвержденных Постановлением Правительства Российской Федерации № 442 от 04.05.2012 г.:

• стоимость электрической энергии (мощности) по договору энергоснабжения включает стоимость объема покупки электрической энергии (мощности), стоимость услуг по передаче электрической энергии, сбытовую надбавку, а также стоимость иных услуг, оказание которых является неотъемлемой частью процесса поставки электрической энергии потребителям;
• стоимость электрической энергии (мощности) по договору купли-продажи (поставки) электрической энергии (мощности) включает стоимость объема покупки электрической энергии (мощности), сбытовую надбавку, стоимость иных услуг, оказание которых является неотъемлемой частью процесса поставки электрической энергии потребителям, и не включает стоимость услуг по передаче электрической энергии.

Реализация электроэнергии на розничном рынке для прочих потребителей осуществляется по нерегулируемым ценам.

Стоимость электрической энергии для прочих потребителей, потреблённой за расчётный период, определяется исходя из:

Расчёт предельных уровней нерегулируемых цен ежемесячно осуществляется гарантирующим поставщиком в порядке, определённом Постановлением Правительства Российской Федерации от 29.12.2011 № 1179, и определяется как сумма следующих составляющих:

Тариф на услуги по передаче электроэнергии дифференцируется по уровням напряжения:

ВН — напряжение в сети 110 кВ и выше;

СН-1 — напряжение в сети 35 кВ и выше;

СН-2 — напряжение в сети 10-6 кВ и выше;

НН — напряжение в сети 0,4 кВ и выше.

Отнесение потребителя к тому или иному уровню напряжения производится на основании договора энергоснабжения или договора на оказание услуг по передаче электроэнергии.

Предельные уровни нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность) за соответствующий расчетный период рассчитываются по шести ценовым категориям.

Страница не найдена

Клиентский офис *

Абзелиловский клиентский офисАльшеевский клиентский офисАскинский клиентский офисАургазинский клиентский офисБаймакский клиентский офисБакалинский клиентский офисБалтачевский клиентский офисБелебеевский клиентский офисБелокатайский клиентский офисБелорецкий клиентский офисБелорецкий клиентский офис г. Межгорье ( работает 1 раз в неделю) Бижбулякский клиентский офисБирский клиентский офисБлаговарский клиентский офисБлаговещенский клиентский офисБуздякский клиентский офисБураево-Балтачевский клиентский офисБурзянский клиентский офисг. Кумертауг.СалаватГафурийский клиентский офисДавлекановский клиентский офисДуванский клиентский офисДюртюлинский клиентский офисЕрмекеевский клиентский офисЗианчуринский клиентский офисЗилаирский клиентский офисИглинский клиентский офисИлишевский клиентский офисИшимбайский клиентский офисКалтасинский клиентский офисКараидельский клиентский офисКармаскалинско-Архангельский клиентский офисКигинский клиентский офисКугарчинский клиентский офисКушнаренковский клиентский офисКуюргазинский клиентский офисМелеузовский клиентский офисМечетлинский клиентский офисМишкинский клиентский офисМиякинский клиентский офисНефтекамский клиентский офисНуримановский клиентский офисОктябрьский клиентский офис с 13.12.2019 г.Салаватский клиентский офисСибайский клиентский офисСтерлибашевский клиентский офисСтерлитамакский клиентский офисТатышлинский клиентский офисТуймазинский клиентский офисУфа, Демский (Западный клиентский офис) Уфа, Затонский (Западный клиентский офис) Уфа, Кировский (Юго-Восточный клиенткий офис)Уфа, Ленинский клиентский офис Уфа, Сипайловский (Центральный клиенткий офис)Уфа, Центральный (Восточный клиентский офис)Уфа, Черниковский (Северный клиентский офис) Уфа, Шакшинский (Северный клиентский офис)Уфимский клиентский офисУфимское территориальное отделение (УТО)Учалинский клиентский офисФедоровский клиентский офисХайбуллинский клиентский офисЧекмагушевский клиентский офисЧишминский клиентский офисШаранский клиентский офисЯнаульский клиентский офис

Качество электрической энергии — ОАО “МРСК Урала”

Согласие на обработку персональных данных

В соответствии с требованиями Федерального Закона от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных» принимаю решение о предоставлении моих персональных данных и даю согласие на их обработку свободно, своей волей и в своем интересе.

Наименование и адрес оператора, получающего согласие субъекта на обработку его персональных данных:

ОАО «МРСК Урала», 620026, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 140 Телефон: 8-800-2200-220.

Цель обработки персональных данных:

Обеспечение выполнения уставной деятельности «МРСК Урала».

Перечень персональных данных, на обработку которых дается согласие субъекта персональных данных:

• — фамилия, имя, отчество;
• — место работы и должность;
• — электронная почта;
• — адрес;
• — номер контактного телефона.

Перечень действий с персональными данными, на совершение которых дается согласие:

Любое действие (операция) или совокупность действий (операций) с персональными данными, включая сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу, обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение.

Персональные данные в ОАО «МРСК Урала» могут обрабатываться как на бумажных носителях, так и в электронном виде только в информационной системе персональных данных ОАО «МРСК Урала» согласно требованиям Положения о порядке обработки персональных данных контрагентов в ОАО «МРСК Урала», с которым я ознакомлен(а).

Согласие на обработку персональных данных вступает в силу со дня передачи мною в ОАО «МРСК Урала» моих персональных данных.

Согласие на обработку персональных данных может быть отозвано мной в письменной форме. В случае отзыва согласия на обработку персональных данных.

ОАО «МРСК Урала» вправе продолжить обработку персональных данных при наличии оснований, предусмотренных в п. 2-11 ч. 1 ст. 6 Федерального Закона от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных».

Срок хранения моих персональных данных – 5 лет.

В случае отсутствия согласия субъекта персональных данных на обработку и хранение своих персональных данных ОАО «МРСК Урала» не имеет возможности принятия к рассмотрению заявлений (заявок).

Энергия и мощность электрического тока

В замкнутой электрической цепи источник затрачивает электрическую энергию W_ИСТ на перемещение единицы положительного заряда по всей замкнутой цепи, т. е. на внутреннем и внешнем участках ((1.3) и рис. 2.3).

ЭДС источника определяется выражением . Из этого выражения следует, что энергия, затраченная источником, равна

(1.13)

так как , что вытекает из определения величины тока .

Энергия источника расходуется на потребителе (полезная энергия)

(1.14)

и на внутреннем сопротивлении источника (потери)

(1.15)

Потерей энергии в проводах, при незначительной их длине, можно пренебречь.

Из закона сохранения энергии следует

(1.16)

Во всех элементах электрической цепи происходит преобразование энергии (в источниках различные виды энергии преобразуются в электрическую, в потребителях — электрическая в другие виды энергии).

Скорость такого преобразования энергии определяет электрическую мощность элементов электрической цепи

(1.17)

Обозначается электрическая мощность буквой Р, а единицей электрической мощности является ватт, другими словами, [Р] = Вт (ватт)

Таким образом, мощность источника электрической энергии определяется выражением

(1.18)

Мощность потребителя, т. е. полезная, потребляемая мощность, будет равна

(1.19)

 

Если воспользоваться законом Ома для участка электрической цепи, то полезную мощность можно определить следующим выражением:

(1.20)

Потери мощности на внутреннем сопротивлении источника

(1.21)

Для любой замкнутой цепи должен сохраняться баланс мощностей

(1.22)

Так как электрическая мощность измеряется в ваттах, то единицей измерения электрической энергии является [W] = [P·t ] = Вт·с.

Коэффициент полезного действия электрической цепи η определяется отношением полезной мощности (мощности потребителя) ко всей затраченной мощности (мощности источника)

(1.23)

 

Узнать еще:

5.5 Электрическая энергия и мощность — Введение в электричество, магнетизм и электрические цепи

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

---

К концу этого раздела вы сможете:

• Выразите электрическую мощность через напряжение и ток
• Опишите мощность, рассеиваемую резистором в электрической цепи
• Расчет энергоэффективности и рентабельности приборов и оборудования

В электрической цепи электрическая энергия непрерывно преобразуется в другие формы энергии.Например, когда в проводнике течет ток, электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию внутри проводника. Электрическое поле, создаваемое источником напряжения, ускоряет свободные электроны, увеличивая их кинетическую энергию на короткое время. Эта увеличенная кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию в результате столкновений с ионами решетчатой ​​структуры проводника. Мощность определяется как скорость, с которой работа выполняется силой, измеряемой в ваттах. Мощность также можно определить как скорость передачи энергии.В этом разделе мы обсуждаем скорость передачи энергии или мощности в электрической цепи.

Мощность в электрических цепях

Электроэнергия ассоциируется у многих с электричеством. На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Каково выражение для электроэнергии ?

Сравним лампочку с лампочкой (Рисунок 5.5.1 (а)). Лампочка светится ярче лампочки. Хотя это не показано, лампочка также теплее, чем лампочка.Тепло и свет производятся путем преобразования электрической энергии. Кинетическая энергия, теряемая электронами при столкновениях, преобразуется во внутреннюю энергию проводника и излучения. Как напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

(рисунок 5.5.1)

Чтобы рассчитать электрическую мощность, рассмотрите разницу напряжений, существующую на материале (рисунок 5.5.2). Электрический потенциал выше, чем электрический потенциал при, а разность напряжений отрицательна.Как обсуждалось в разделе «Электрический потенциал», между двумя потенциалами существует электрическое поле, которое указывает от более высокого потенциала к более низкому. Напомним, что электрический потенциал определяется как потенциальная энергия на заряд, и заряд теряет потенциальную энергию, перемещаясь через разность потенциалов.

(рисунок 5.5.2)

Рисунок 5.5.2. Когда есть разность потенциалов в проводнике, электрическое поле указывает в направлении от более высокого потенциала к более низкому.

Если заряд положительный, на него действует сила электрического поля. Эта сила необходима, чтобы заряд двигался. Эта сила не ускоряет заряд на всем расстоянии из-за взаимодействия заряда с атомами и свободными электронами в материале. Скорость и, следовательно, кинетическая энергия заряда не увеличиваются в течение всего пути, и заряд, проходящий через область, имеет ту же скорость дрейфа, что и заряд, проходящий через область.Однако с зарядом работает электрическое поле, которое изменяет потенциальную энергию. Поскольку изменение разности электрических потенциалов отрицательное, электрическое поле оказывается равным

Работа, совершаемая над зарядом, равна произведению электрической силы на длину приложения силы,

Заряд движется с дрейфовой скоростью, поэтому работа, выполняемая над зарядом, приводит к потере потенциальной энергии, но средняя кинетическая энергия остается постоянной.Потерянная электрическая потенциальная энергия проявляется в материале как тепловая энергия. В микроскопическом масштабе передача энергии происходит из-за столкновений между зарядом и молекулами материала, что приводит к повышению температуры в материале. Потеря потенциальной энергии приводит к повышению температуры материала, которая рассеивается в виде излучения. В резисторе он рассеивается в виде тепла, а в лампочке — в виде тепла и света.

Мощность, рассеиваемая материалом в виде тепла и света, равна скорости изменения работы во времени:

С резистором падение напряжения на резисторе отводится в виде тепла.Закон Ома гласит, что напряжение на резисторе равно току, умноженному на сопротивление. Следовательно, мощность, рассеиваемая резистором, равна

.

Если резистор подключен к батарее, мощность, рассеиваемая в виде излучаемой энергии проводами и резистором, равна Мощность, подаваемая от батареи, равна току, умноженному на напряжение,.

ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ

---

Электроэнергия, полученная или потерянная каким-либо устройством, имеет вид

(5.5.1)

Мощность, рассеиваемая резистором, имеет вид

(5.5.2)

Из трех различных выражений для электроэнергии можно получить различное представление. Например, подразумевается, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше мощность. Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат, эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение на лампочке увеличивается вдвое, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно, что приводит к ее перегоранию.Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы точно такой же, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.9

---

Электродвигатели обладают достаточно высоким КПД. Двигатель может иметь коэффициент полезного действия, а двигатель может иметь коэффициент полезного действия. Почему важно использовать высокопроизводительные двигатели?

Предохранитель

A (рисунок 5.5.3) — это устройство, которое защищает цепь от слишком высоких токов. Предохранитель — это, по сути, короткий отрезок провода между двумя контактами.Как мы видели, когда ток проходит по проводнику, кинетическая энергия носителей заряда преобразуется в тепловую энергию в проводнике. Кусок проволоки в предохранителе находится под напряжением и имеет низкую температуру плавления. Проволока предназначена для нагрева и разрыва при номинальном токе. Предохранитель поврежден и подлежит замене, но он защищает остальную цепь. Предохранители срабатывают быстро, но есть небольшая задержка, пока провод нагревается и обрывается.

(рисунок 5.5.3)

Рисунок 5.5.3. Предохранитель состоит из отрезка провода между двумя контактами. Когда через провод проходит ток, превышающий номинальный, провод плавится, разрывая соединение. На фото — «перегоревший» предохранитель в месте обрыва провода, защищающего цепь (кредит: модификация работы «Шардайы» / Flickr).

Автоматические выключатели также рассчитаны на максимальный ток и разомкнуты для защиты цепи, но могут быть сброшены. Автоматические выключатели реагируют намного быстрее. Работа автоматических выключателей выходит за рамки этой главы и будет обсуждаться в следующих главах.Еще один метод защиты оборудования и людей — прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI), который широко используется в ванных комнатах и ​​кухнях. Торговые точки GFCI очень быстро реагируют на изменения тока. Эти выходы открываются при изменении магнитного поля, создаваемого токонесущими проводниками, что также выходит за рамки данной главы и рассматривается в следующей главе.

Стоимость электроэнергии

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

— энергия, используемая устройством, использующим питание в течение определенного интервала времени. Если мощность доставляется с постоянной скоростью, то значение энергии можно определить по. Например, чем больше горит лампочек, тем больше используется; чем дольше они включены, тем больше.

Единица измерения энергии в счетах за электричество — киловатт-час, что соответствует соотношению.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 себе это доказать.

Потребляемая электрическая энергия () может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления.Это не только снижает стоимость, но и снижает воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Примерно часть энергии, потребляемой домом, идет на освещение, и цифра для коммерческих заведений приближается к. Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рис. 5.5.1 (b).) Таким образом, лампу накаливания можно заменить на КЛЛ с такой же яркостью и цветом.КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными инвестициями для КЛЛ.)

Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат в разы дольше, чем лампы накаливания. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные лампы (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в пять раз дольше, чем КЛЛ.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.10

---

Является ли эффективность различных лампочек единственным соображением при сравнении различных лампочек?

Замена ламп накаливания на КЛЛ или светодиодные лампы — простой способ снизить потребление энергии в домах и на коммерческих объектах. Лампы CFL работают с совершенно другим механизмом, чем лампы накаливания. Механизм сложен и выходит за рамки этой главы, но здесь приводится очень общее описание механизма.Лампы CFL содержат пары аргона и ртути, заключенные в трубку спиральной формы. В лампах CFL используется «балласт», который увеличивает напряжение, используемое лампой CFL. Балласт производит электрический ток, который проходит через газовую смесь и возбуждает молекулы газа. Возбужденные молекулы газа излучают ультрафиолетовый (УФ) свет, который, в свою очередь, стимулирует флуоресцентное покрытие внутри трубки. Это покрытие флуоресцирует в видимом спектре, излучая видимый свет. Традиционные люминесцентные лампы и лампы CFL имели короткую временную задержку до нескольких секунд, пока смесь «нагревалась» и молекулы переходили в возбужденное состояние.Следует отметить, что эти лампы содержат ртуть, которая ядовита, но если лампа сломана, ртуть никогда не выделяется. Даже если колба сломана, ртуть имеет тенденцию оставаться во флуоресцентном покрытии. Количество также довольно невелико, и преимущество экономии энергии может перевесить недостаток использования ртути.

Лампы CFL заменяются на светодиодные, где LED означает «светоизлучающий диод». Диод был кратко обсужден как неомический прибор, сделанный из полупроводникового материала, который позволяет току течь в одном направлении.Светодиоды — это особый тип диодов, изготовленных из полупроводниковых материалов, наполненных примесями в комбинациях и концентрациях, которые позволяют преобразовывать дополнительную энергию движения электронов во время электрического возбуждения в видимый свет.

Коммерческие светодиоды быстро становятся стандартом для коммерческого и жилого освещения, заменяя лампы накаливания и КЛЛ. Они предназначены для работы в видимой области спектра и изготовлены из галлия, легированного атомами мышьяка и фосфора.Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, используемых в полупроводнике, и от силы тока. В первые годы развития светодиодов маленькие светодиоды на печатных платах были красного, зеленого и желтого цветов, но теперь светодиодные лампочки можно запрограммировать на получение миллионов цветов света, а также множества различных оттенков белого света.

Сравнение ламп накаливания, КЛЛ и светодиодных ламп

Экономия энергии может быть значительной при замене лампы накаливания или лампы CFL на светодиодную.Лампочки оцениваются по количеству энергии, потребляемой лампочкой, а количество светового потока измеряется в люменах. Люмен () — производная единица светового потока в системе СИ и мера общего количества видимого света, излучаемого источником. Лампу накаливания можно заменить лампой CFL или лампой LED, все три из которых имеют световой поток примерно. Таблица светоотдачи для некоторых обычно используемых лампочек представлена ​​в Таблице 5.5.1.

Срок службы лампочек трех типов значительно различается.Срок службы светодиодной лампы составляет несколько часов, тогда как срок службы КЛЛ составляет несколько часов, а лампы накаливания — всего несколько часов. Светодиодная лампа является самой прочной, легко выдерживает грубое обращение, такое как сотрясение и удары. Лампа накаливания плохо переносит такое же обращение, поскольку нить накаливания и стекло могут легко сломаться. Лампа CFL также менее долговечна, чем светодиодная лампа, из-за своей стеклянной конструкции. Количество выделяемого тепла предназначено для светодиодной лампы, для лампы накаливания и для лампы CFL.Как упоминалось ранее, основным недостатком лампы CFL является то, что она содержит ртуть, нейротоксин, и ее необходимо утилизировать как опасные отходы. Из этих данных легко понять, почему светодиодные лампы быстро становятся стандартом в освещении.

(таблица 5.5.1)

Таблица 5.5.1 Световой поток светодиодных ламп, ламп накаливания и КЛЛ

Сводка взаимоотношений

В этой главе мы обсудили отношения между напряжением, током, сопротивлением и мощностью.На рис. 5.5.4 показана сводка соотношений между этими измеряемыми величинами для омических устройств. (Вспомните, что омические устройства подчиняются закону Ома.) Например, если вам нужно рассчитать мощность, используйте розовую секцию, которая показывает, и.

(рисунок 5.5.4)

Рисунок 5.5.4. В этом кружке показана сводка уравнений для соотношений между мощностью, током, напряжением и сопротивлением.

Какое уравнение вы используете, зависит от того, какие значения вам даны или вы измеряете.Например, если вам заданы ток и сопротивление, используйте. Хотя все возможные комбинации могут показаться ошеломляющими, не забывайте, что все они представляют собой комбинации всего двух уравнений, закона Ома () и закона мощности ().

Кандела Цитаты

Лицензионный контент

CC, особая атрибуция

• Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution

Электроэнергия и энергия | Безграничная физика

Использование энергии

Используемая энергия — это интеграл от электрической мощности по времени.

Цели обучения

Сформулируйте взаимосвязь между использованием энергии и электрической мощностью

Основные выводы

Ключевые моменты

• Напомним, что мощность — это скорость выполнения работы или скорость, с которой энергия потребляется или производится.По току и напряжению это P = IV.
• Используемая энергия — это количество заряда q, прошедшего через напряжение V за интервал времени t. Он равен интегралу мощности во времени.
• Обычной единицей, используемой для описания энергопотребления, является киловатт-час, энергия 1000 Вт, действующая в течение одного часа.

Ключевые термины

• киловатт-час : единица электрической энергии, равная мощности одного киловатта, действующего в течение одного часа; равняется 3,6 мегаджоулей.Обозначение: кВтч.

Во многих случаях необходимо рассчитать потребление энергии электрическим устройством или набором устройств, например, в доме. Например, мы (или энергокомпания) можем захотеть рассчитать сумму задолженности за потребленную электроэнергию. В другом случае нам может потребоваться определить энергию, необходимую для питания компонента или устройства в течение заданного периода времени. Последнее различие имеет решающее значение — энергия, используемая схемой или компонентом, равна интегралу по времени от электрической мощности .

Мощность

Напомним, что мощность — это скорость выполнения работы или скорость, с которой энергия потребляется или производится, и измеряется в ваттах (Вт). Электрическая мощность в ваттах, вырабатываемая электрическим током I, состоящим из заряда Q кулонов каждые t секунд, проходящего через разность электрических потенциалов (напряжений) V, равна [латекс] \ text {P} = \ frac {\ text {QV} } {\ text {t}} = \ text {IV} [/ latex], где Q — электрический заряд в кулонах, t — время в секундах, I — электрический ток в амперах, а V — электрический потенциал или напряжение в вольтах.2} {\ text {R}} [/ latex], где R — электрическое сопротивление. Власть не обязательно постоянна; он может меняться со временем. Тогда общее выражение для электроэнергии будет

.

[латекс] \ text {P} (\ text {t}) = \ text {I} (\ text {t}) \ text {V} (\ text {t}) [/ latex]

, где ток I и напряжение V могут изменяться во времени.

Энергия

В любой заданный интервал времени потребляемая (или предоставляемая, в зависимости от вашей точки зрения) энергия определяется выражением [latex] \ text {PE} = \ text {qV} [/ latex], где E — электрическая энергия, V — напряжение, а q — количество заряда, перемещенного за рассматриваемый интервал времени.Мы можем связать общую потребляемую энергию с мощностью, интегрировав по времени: Положительная энергия соответствует потребляемой энергии, а отрицательная энергия соответствует производству энергии. Обратите внимание, что элемент схемы, имеющий как положительный, так и отрицательный профиль мощности в течение некоторого промежутка времени, может потреблять или производить энергию в соответствии со знаком интеграла мощности. Если мощность постоянна в течение временного интервала, то энергию можно просто выразить как:

[латекс] \ text {E} = \ text {Pt} [/ latex].

Единицы потребления энергии

Мы, конечно, хорошо знакомы с единицей измерения энергии в системе СИ — джоулями. Однако, как правило, в счетах за электроэнергию домохозяйства указывается потребление энергии в киловатт-часах (кВтч). Кроме того, это устройство часто встречается в других местах, когда рассматривается использование энергии энергопотребляющими устройствами, структурами или юрисдикциями. Мы можем проанализировать преобразование киловатт-часов в джоули следующим образом: 1 Вт = 1 Дж / с, киловатт — 1000 Вт, а один час — 3600 секунд, поэтому 1 кВт-ч равен (1000 Дж / с) (3600 с). = 3 600 000 джоулей.Это масштаб домашнего использования энергии в США, который составляет порядка сотен киловатт-часов в месяц.

Снижение потребления энергии

Потребляемая электрическая энергия (E) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — 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 в коммерческих учреждениях 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). Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить 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 для стандартных розеток лампы накаливания.(Первоначальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными затратами на КЛЛ были решены в последние годы.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) : КЛЛ намного более эффективны, чем лампы накаливания, и поэтому потребляют гораздо меньше энергии для получения яркого света.

Учебное пособие по физике: Мощность: заставляем заряды работать

Электрические цепи предназначены для выполнения полезной функции.Простое перемещение заряда от терминала к терминалу мало полезно, если электрическая энергия, которой обладает заряд, не преобразуется в другую полезную форму. Если снабдить цепь батареей и проводом, ведущим от положительной клеммы к отрицательной без электрического устройства (лампочка, звуковой сигнал, двигатель и т. Д.), Это приведет к высокой скорости потока заряда. Такая цепь обозначается как короткое замыкание . При быстром прохождении заряда между терминалами скорость потребления энергии будет высокой.Такая схема нагревает провода до высокой температуры и довольно быстро истощает батарею. Когда цепь оснащена лампочкой, звуковым сигналом или двигателем, электрическая энергия, подаваемая на заряд аккумулятором, преобразуется в другие формы в электрическом устройстве. Лампочка, звуковой сигнал и двигатель обычно называют нагрузкой . В лампочке электрическая энергия преобразуется в полезную световую энергию (и некоторую бесполезную тепловую энергию). В бипере электрическая энергия преобразуется в звуковую.А в двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую.

Электрическая цепь — это просто инструмент преобразования энергии. Энергия подается в схему от электрохимического элемента, батареи, генератора или другого источника электроэнергии. И энергия передается по цепи к нагрузке в месте расположения нагрузки. Скорость, с которой происходит это преобразование энергии, имеет большое значение для тех, кто проектирует электрические цепи для полезных функций. Мощность — скорость, с которой выполняется механическая работа — была введена в модуле 5 физического кабинета.Здесь мы обсудим мощность с точки зрения электричества; хотя контекст изменился, сущностный смысл концепции власти останется прежним. Мощность — это скорость, с которой электрическая энергия подается в цепь или потребляется нагрузкой. Электрическая энергия подается на нагрузку от источника энергии, такого как электрохимический элемент. Вспомните из Урока 1, что ячейка действительно работает с зарядом, чтобы переместить его с терминала с низкой энергией на терминал с высокой энергией. Работа, совершаемая над зарядом, эквивалентна изменению электрической потенциальной энергии заряда.Таким образом, электрическая мощность, как и механическая мощность, — это скорость, с которой выполняется работа. Как и ток, мощность — это величина скорости. Его математическая формула выражается в соотношении на раз.

Независимо от того, идет ли речь о энергии, полученной зарядом в источнике энергии, или энергии, потерянной зарядом в нагрузке, электрическая мощность относится к скорости, с которой заряд изменяет свою энергию. В электрохимической ячейке (или другом источнике энергии) изменение является положительным (т.е.е., выигрыш в энергии), а при нагрузке изменение представляет собой отрицательное изменение (т. е. потерю энергии). Таким образом, мощность часто называют скоростью изменения энергии, и ее уравнение выражается как изменение энергии за время. Как и механическая мощность, единицей электрической мощности является Вт , сокращенно Вт . (Совершенно очевидно, что важно не путать символ W как единицу мощности с символом W , обозначающим количество работы, выполняемой источником энергии при зарядке.) Ватт мощности эквивалентен доставке 1 джоуля энергии каждую секунду. Другими словами:

1 ватт = 1 джоуль в секунду

Когда наблюдается, что электрическая лампочка рассчитана на 60 Вт, то каждую секунду к лампочке доставляется 60 джоулей энергии. 120-ваттные лампочки потребляют 120 джоулей энергии каждую секунду. Отношение энергии, доставленной или затраченной устройством ко времени, равно мощности устройства Вт.

Киловатт-час

Электроэнергетические компании, обеспечивающие дома энергией, ежемесячно вносят в эти дома счет за использованную электроэнергию.Типичный счет может быть очень сложным, когда в нем есть ряд строк, в которых указывается плата за различные аспекты коммунальных услуг. Но где-то в счете будет начисление за количество израсходованных киловатт-часов электроэнергии. Что такое киловатт-час? Это единица мощности? время? энергия? или какое-то другое количество? И когда мы платим за потребляемую электроэнергию, за что именно мы платим?

Тщательный осмотр агрегата киловатт-час дает ответы на эти вопросы.Киловатт — это единица мощности, а час — это единица времени. Таким образом, киловатт • час — это единица мощности • времени. Если мощность = Δэнергия / время, то мощность • время = Δэнергия. Итак, единица мощности • время — это единица энергии. Киловатт • час — это единица энергии. Когда электроэнергетическая компания взимает с домохозяйства плату за использованную электроэнергию, они взимают плату за электроэнергию. Коммунальная компания в США отвечает за обеспечение того, чтобы разность электрических потенциалов на двух основных проводах дома составляла от 110 до 120 вольт.А поддержание этой разницы потенциалов требует энергии.

Распространено заблуждение, что коммунальные предприятия поставляют электроэнергию в виде носителей заряда или электронов. Дело в том, что подвижные электроны, которые находятся в проводах наших домов, будут там, независимо от того, существует ли коммунальная компания или нет. Электроны приходят с атомами, которые составляют провода наших домашних цепей. Коммунальная компания просто предоставляет энергию, которая вызывает движение носителей заряда в бытовых цепях.И когда они взимают с нас несколько сотен киловатт-часов электроэнергии, они выставляют нам счет за электроэнергию.

Разность электрических потенциалов на двух вставках бытовой электросети зависит от страны. Используйте виджет Household Voltages ниже, чтобы узнать значения напряжения в домашних условиях для различных стран (например, США, Канады, Японии, Китая, Южной Африки и т. Д.).

Расчетная мощность

Скорость, с которой энергия передается в электрическую лампочку по цепи, связана с разностью электрических потенциалов, установленной на концах цепи (т.е.е. номинальное напряжение источника энергии) и ток, протекающий по цепи. Связь между мощностью, током и разностью электрических потенциалов может быть получена путем объединения математических определений мощности, разности электрических потенциалов и тока. Мощность — это скорость, с которой энергия добавляется в цепь или удаляется из нее аккумулятором или нагрузкой. Ток — это скорость, с которой заряд проходит через точку в цепи. А разность электрических потенциалов на двух концах цепи — это разность потенциальной энергии на заряд между этими двумя точками.В форме уравнения эти определения можно сформулировать как

Уравнение 3, приведенное выше, можно переформулировать так, чтобы показать, что изменение энергии на двух концах цепи является произведением разности электрических потенциалов и заряда — ΔV • Q. Подставив это выражение для изменения энергии в уравнение 1, мы получим следующее уравнение :

В приведенном выше уравнении в числителе стоит Q , а в знаменателе — t .Это просто ток; и как таковое уравнение можно переписать как

Электрическая мощность — это просто произведение разности электрических потенциалов и силы тока. Чтобы определить мощность батареи или другого источника энергии (то есть скорость, с которой он передает энергию в цепь), нужно просто взять разность электрических потенциалов, которую он устанавливает во внешней цепи, и умножить ее на ток в цепи. Чтобы определить мощность электрического устройства или нагрузки, нужно просто взять разность электрических потенциалов на устройстве (иногда называемую падением напряжения) и умножить ее на ток в устройстве.

Как обсуждалось выше, мощность, подаваемая на электрическое устройство в цепи, связана с током в устройстве и разностью электрических потенциалов (то есть напряжением), приложенной к устройству. Используйте виджет Electric Power ниже, чтобы исследовать влияние переменного тока и напряжения на мощность.

Проверьте свое понимание

1.Назначение каждой цепи — подавать энергию для работы различных электрических устройств. Эти устройства сконструированы для преобразования энергии текущего заряда в другие формы энергии (например, световую, тепловую, звуковую, механическую и т. Д.). Используйте полные предложения, чтобы описать преобразования энергии, которые происходят в следующих устройствах.

а. Дворники на авто

г. Схема размораживания автомобиля

г. Фен

2.Определить …

а. … ток в 60-ваттной лампочке, подключенной к 120-вольтовой розетке.

г. … ток в 120-ваттной лампочке, подключенной к 120-вольтовой розетке.

г. … мощность пилы, которая потребляет ток 12 ампер при подключении к розетке на 120 вольт.

г. … мощность тостера, который потребляет ток 6 ампер при подключении к розетке на 120 вольт.

e. … ток в 1000-ваттной микроволновой печи, подключенной к розетке на 120 вольт.

3. Ваша 60-ваттная лампочка подключена к домашней розетке на 110 вольт и оставлена ​​включенной на 3 часа. Коммунальная компания взимает с вас 0,11 доллара за киловатт • час. Объясните, как можно рассчитать стоимость такой ошибки .

4. Альфредо деДарк часто оставляет бытовую технику включенной без уважительной причины (по крайней мере, по словам его родителей).Семья деДарк платит 10 центов за киловатт-час (т.е. $ 0,10 / кВт • час) за свою электроэнергию. Выразите свое понимание взаимосвязи между мощностью, электрической энергией, временем и затратами, заполнив приведенную ниже таблицу.

Номинальная мощность (Ватт)	Время (часы)	Используемая энергия (киловатт-час)	Стоимость (центов)	Стоимость руб.
Лампа на 60 Вт	1	0.060 кВт • час	0,6 ¢	0,006 долл. США
Лампа на 60 Вт	4
Лампа 120 Вт	2
Лампа на 100 Вт		10 кВт-ч
Лампа на 60 Вт			1000 ¢	10 долларов США
	100	60 кВт-ч

Power — Energy Education

Мощность — это скорость преобразования или передачи энергии.Проведем аналогию: если энергия подобна деньгам, то мощность — это заработная плата или оклад (например, 18 долларов в час или 50 000 долларов в год) или норма использования (например, 20 долларов в час на аренду каноэ или 1500 долларов в месяц на аренду). ).

Мощность может быть выражена множеством различных единиц, каждая из которых может быть выражена как единица энергии, деленная на единицу времени. Наиболее распространенной единицей измерения является ватт (Вт), определяемый как 1 джоуль (Дж) энергии в секунду. Таким образом, лампочка мощностью 40 Вт потребляет 40 Дж электроэнергии каждую секунду, чтобы оставаться включенным. ^[1] Средняя выходная мощность человеческого тела при умеренных физических нагрузках составляет около 100 Вт. ^[2]

Для большинства двигателей и силовых установок существуют две разные мощности. Скорость, с которой энергия поступает в систему из топлива, называется тепловой мощностью. Величина мощности, которую вырабатывает двигатель, и есть механическая мощность. Для электростанции такой выходной мощностью является электроэнергия, поэтому она измеряется в мегаваттах электроэнергии (МВт), в отличие от входной мощности, которая измеряется в тепловых мегаваттах (МВт).

Энергия и мощность

Взаимосвязь между мощностью, энергией и временем может быть описана следующим уравнением ^[1] :

[математика] P = \ frac {\ Delta E_ {sys}} {\ Delta t} [/ math]

• P — средняя выходная мощность, измеренная в ваттах (Вт)
• ΔE _sys — чистое изменение энергии системы в джоулях (Дж), также известное как работа.
• Δt — это продолжительность — сколько времени занимает потребление энергии — измеряется в секундах (с)

Поскольку мощность — это скорость использования энергии (энергия, деленная на интервал времени), Умножение единицы мощности на единицу времени даст количество энергии. Один из таких примеров — киловатт-часы (кВтч) в единицах энергии. Киловатт равен 1000 ватт, поэтому 1 кВт · ч представляет собой количество передачи энергии, которое происходит в течение одного часа при выходной мощности в 1000 ватт (т.е.е., джоулей в секунду). Таким образом, 1 кВтч равен 3 600 000 джоулей передачи энергии (работы).

Большая мощность позволяет выполнить задачу с заданным потреблением энергии за более короткое время. Например, подняв блок весом 15 кг на 2 метра в воздух. Эта задача требует около 300 Дж потребляемой энергии (работы). Система двигателя и шкива с выходной мощностью 5 Вт может выполнить эту задачу за одну минуту. Однако более мощный мотор мощностью 100 Вт мог поднять коробку на ту же высоту всего за три секунды! Но в итоге оба мотора проделали одинаковую работу (передачу энергии) при подъеме коробки.

Выходная мощность	раз	Полная передача энергии
5 Вт	60 с	300 Дж
100 Вт	3 с	300 Дж

Преобразование силового блока

Пожалуйста, смотрите ниже, чтобы преобразовать различные единицы мощности:

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1.1} Р. Д. Найт, «Работа», в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 2-е изд.Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, стр. 325–327.
2. ↑ Р. Вольфсон, «Общество высоких энергий», в Энергия, окружающая среда и климат, 2-е изд. Нью-Йорк, США: Norton, 2012, стр. 20–21.

Электричество, энергия и мощность: в чем разница?

В Kirby Electric мы стремимся обучать других правильным электрическим методам и планам. Правильное использование языка имеет значение при обсуждении электрических конструкций и услуг.Электричество, энергия и мощность стали взаимозаменяемыми в повседневной речи. Однако эти три термина имеют очень разные определения и не должны использоваться взаимозаменяемо. Читайте дальше, чтобы узнать о различиях между электричеством, энергией и мощностью и о том, как правильно их определять.

Электроэнергия

Большинство определяет электричество как форму энергии или потока энергии. Оба эти определения было бы неверным принимать. Электричество связано с зарядом атомов.Атомы — это основные строительные блоки всего, включая вас и устройство, на котором вы читаете этот блог. Если еще больше разбить его, атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Электроны перемещаются между атомами в зависимости от их электрического заряда и магнитных сил. Поскольку эти электроны движутся быстро, создается электричество.

Электричество также можно разделить на две разные категории: статическое и текущее. Вы можете увидеть статическое электричество, когда вытаскиваете белье из сушилки или когда протираете волосы воздушным шариком.Текущее электричество — это то, что течет по линиям и кабелям к вашим электрическим устройствам. Однако электричество не следует путать с электрической энергией или накопленной энергией.

Энергия

Энергия дает вещам возможность двигаться и работать. Определение энергии — это «способность выполнять работу». Другими словами, энергия — это общий объем проделанной работы. Работа определяется как приложение силы на расстоянии. Когда вы что-то толкаете, будь то ящик или диван, это работа.Энергия позволяет вам выполнять эту работу.

Энергия рассчитывается как сила силы, необходимая для перемещения чего-либо на расстояние. Хотя существует множество различных типов единиц измерения энергии, наиболее распространенной является ватт-час.

Мощность

В то время как энергия — это общий объем работы, мощность — это то, насколько быстро вы можете ее выполнить. Это означает, что мощность — это скорость, с которой что-то может производить или потреблять энергию. Допустим, вы планируете поездку по пересеченной местности.У вас есть два средства передвижения: спортивный автомобиль или скаковая лошадь. Предполагая, что все остальные факторы равны, оба могут дать возможность пересечь страну. Однако спортивный автомобиль справится с этой задачей намного быстрее, чем лошадь. Следовательно, это означает, что машина может передавать энергию намного быстрее, чем лошадь. Спорткар имеет более высокий уровень мощности и, следовательно, может двигаться быстрее.

Собираем все вместе

Хотя электричество, энергия и мощность кажутся на поверхностном уровне одинаковыми, на самом деле они очень разные.По мере того, как вы углубляете свои знания в области электротехники, полезно знать их различия. В Kirby Electric мы гордимся своими знаниями в области электротехники и готовы помочь вам. Мы предоставляем отличные электрические услуги для коммерческих и промышленных контрактов. Подумайте о том, чтобы связаться с нами сегодня, чтобы обсудить для вас электрические планы.

О компании Kirby Electric

Kirby Electric, ведущая электроэнергетическая компания Сиэтла, специализируется на заключении коммерческих и промышленных контрактов. Мы предоставляем лучшие электрические услуги, которые наилучшим образом соответствуют потребностям вашего здания, и предлагаем решения для управления энергопотреблением.Такие решения предоставляют экономически и экологически выгодные услуги. Свяжитесь с нами сегодня и запросите расценки по телефону (253) 859-2000 или онлайн, чтобы узнать больше о наших услугах.

Электроэнергия — это вид энергии?

Во многих справочниках утверждается, что электричество — это вид энергии, а электрический ток — это поток энергии, однако это не совсем так.

Да, электрическая энергия существует, но эту энергию нельзя назвать «электричеством», поскольку кулоны электричества сильно отличаются от джоулей электромагнитной энергии.Энергия и заряд — две разные вещи, поэтому они не могут быть одновременно электричеством.

Противоречие заключается в определении слова «электричество». Ученые определили электричество как вещество, протекающее по проводу. Электроны, протекающие по проводу, называются количеством электричества, а поток электричества упоминается как «электрический ток».

Большинство людей относятся к электричеству совершенно по-другому, они используют слово «электричество» для описания электрической энергии.Электрические компании, учебники, написанные для учащихся K-6 классов, словари и энциклопедии — все это определение используется для описания электричества.

Физики постоянно пытались разъяснить, что заряды электричества не являются энергией и что поток зарядов не является потоком энергии. Что касается определения «электричества», используемого всеми не-учеными, электрический ток — это не поток электричества.

Большинство ученых в истории, включая Бена Франклина, Майкла Фарадея, Джеймса К.Максвелл и Роберт Милликен приняли одно и то же определение электричества. Электричество — это положительное и отрицательное вещество, которое содержится во всех электронах и протонах. Это вещество, которое течет по внутренним проводам. Те же ученые называют поток электричества «зарядом электричества». Они также заявляют, что электроны и протоны являются «частицами электричества.

Прочие факты об электричестве

• Что касается цепи постоянного тока, то электричество проходит по проводам намного медленнее, всего несколько дюймов в минуту, тогда как электрическая энергия течет со скоростью, близкой к скорости света.
• Даже если вы знаете точное количество электричества, протекающего в секунду по проводу (амперы), вы все равно не сможете рассчитать количество энергии, доставляемой лампочке в секунду.
• В электрической цепи поток электричества измеряется в кулонах в секунду. Поток энергии измеряется в Джоулях в секунду.
• Электрическая энергия — это электромагнетизм, состоящий из электромагнитного поля. Напротив, частицы электричества, текущие внутри провода, мало похожи на электромагнитное поле.
• Если вы измените полярность напряжения в электрической цепи, содержащей катушки, в то время как направление протекающего электричества останется прежним, тогда направление протекающей энергии не будет соответствовать направлению протекающего электричества.

Статьи по теме:

Разница между энергией и мощностью

Понимание основ ветроэнергетики

Разница между энергией и мощностью

Что такое электрический проводник

Сетевое хранилище энергии: как оно будет работать?

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 дает энергию. В системе СИ единица мощности — ватт, один джоуль в секунду.

Электроэнергия обычно вырабатывается электрическими генераторами, но также может 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 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.

Электроэнергия

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 для работы кондиционера мощностью 900 Вт в течение 10 часов подряд?

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

КАК ПОНИМАТЬ СЧЕТ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

ДАННЫЕ ИЗ СЧЕТА НЬЮ-ЙОРКИ ЗА 2017 ГОД

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

Чтобы объяснить это, мы используем фактический счет Con Ed для небольшой квартиры в Нью-Йорке, использующий Con Edison.

ПЛАТЫ ЗА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

---

От Con Edison:

Электроэнергия, которую вы использовали в течение этого 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 кВтч 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

---

ВАШИ ПОСТАВКИ / ПЛАТА — были 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 взиманием платы, = 1 доллар США.41

GRT и другие налоги = 0,48 USD

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.

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

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

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

Это возмещает расходы, связанные с деятельностью в области чистой энергии, проводимой научным сотрудником штата Нью-Йорк по энергетическим исследованиям

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

Покрывает новые государственные пошлины

GRT и другие доплаты 2,87 долл. США

Итого стоимость доставки 69,5 долл. США

---

НАЛОГ НА ПРОДАЖУ @ 4.5000%, взимаемый от имени штата Нью-Йорк = 3 доллара США.58

ОБЩАЯ ЗАПИСИ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ СОСТАВЛЯЕТ 63,15 $

---

ОБРАЗЕЦ ВОПРОСА:

Какова стоимость поставки для работы холодильника мощностью 600 Вт в течение 24 часов (при включенном питании) по цене 0,06 цента / кВтч? Примечание.