Как зависит мощность от напряжения: Как зависит мощность тока в потребителе от напряжения

Содержание

Падение напряжения на проводах — расстояние от трансформатора до ламп или ленты

Нас часто спрашивают, можно ли светодиодные лампы на 12 вольт такой-то мощности в таком-то количестве отдалить от трансформатора на такое-то расстояние?

Общая рекомендация — это расстояние не должно превышать 5 метров. Это известный факт.

Но что делать, если требуется больше 5 метров? Часто из-за конструктивных ограничений невозможно уложиться в такое короткое расстояние.

Потери на проводах — суть проблемы

В некоторых ситуациях можно превратить число 5 в гораздо большее значение. Для этого нужно оценить падение напряжения на проводах.

Именно оно является причиной ограничений — сам провод имеет внутреннее сопротивление и поэтому «съедает» часть напряжения источника тока. И когда провод слишком длинный, может случиться так, что лампам останется такая малая часть исходного напряжения, что они не загорятся.

Вторая часть проблемы — провод не просто «съедает» часть напряжения, а превращает его в тепло. Помимо того, что это просто бестолковое расходование электричества, так оно ещё и несёт в себе пожарную проблему — провод может нагреться слишком сильно.

Чтобы быть уверенным, что требуемые, например, 15 метров между трансформатором и лампой не принесут неприятностей, нужно оценить, сколько именно вольт потеряется на этих 15 метрах.

Рассчитать падение напряжения на проводе очень просто. Все необходимые для этого данные у Вас, как правило, есть: длина провода, суммарная мощность подключаемых ламп (ленты), напряжение питания и площадь поперечного сечения проводника. Нужно лишь дополнительно узнать удельное электрическое сопротивление материала, из которого изготовлен провод.

Формула для расчёта падения напряжения на проводах

Достаточно легко выводится простая общая формула для расчёта падения напряжения, применимая в любой ситуации.

Нам понадобится только закон Ома R = V ∕ I и формула связи электрической мощности, напряжения и силы тока W = V · I.

Также для оценки сопротивления провода нужно знать значение удельного электрического сопротивления [википедея] материала проводника.

Проведя простые выкладки, получим вот такую формулу, дающую оценку значения падения напряжения на проводах:

Оценка падения напряжения на проводах

Падение напряжения зависит от типа материала провода, сечения провода, его длины, мощности потребителей и напряжения источника питания. В этой формуле обозначено:

  • W — мощность в ваттах потребителей тока на конце провода;
  • V — напряжение источника тока в вольтах, как правило, 12 вольт или 24 вольта;
  • L — длина провода в метрах, т.е. удалённость потребителей от трансформатора;
  • S — площадь сечения провода в мм²;
  • ρ — значение удельного электрического сопротивление в Ом·мм²/м, для меди это примерно 0.018 Ом·мм²/м

Формула проста, но применима только в случае, если ожидаемое падение напряжения невелико, не более нескольких процентов, т.е. когда расстояние между трансформатором и потребителем не превышает 10 метров, а мощность менее 10-20 ватт.

В иных случаях следует воспользоваться более точной формулой:

Точное значение падения напряжения на проводах

Теперь, вычислив значение падение напряжения на проводах, мы можем оценить, какая мощность будет теряться — просто расходоваться на нагрев проводов. Нужно полученное значение падения напряжения умножить на мощность потребителей тока W и поделить на напряжение трансформатора V:

Оценка падения мощности на проводах

Если эта мощность получится слишком большой, то, очевидно, нужно увеличить толщину провода. Иначе можно получить различные неприятности вплоть до пожара.

Выводы

Как легко видеть из формул, чем толще провод, тем падение напряжения меньше.

При этом падение напряжения обратно пропорционально площади сечения проводника.

Двукратное увеличение площади сечения проводника примерно двукратно уменьшает падение напряжения на проводах

Также возможным решением проблемы может быть увеличение значения напряжения источника тока. Если, конечно, потребители тока это позволяют.

Падение напряжения на проводе линейно падает с увеличением напряжения источника тока.

Двукратное увеличение питающего напряжения примерно в два раза снижает падение напряжения

Например, наши низковольтные лампы Е27 на 12-24 вольт одинаково светят и от 12 и от 24 вольт. И в этом случае имеет смысл перейти на трансформатор на 24 вольта.

Также становится понятно, что для мощных потребителей (порядка 100 ватт) понадобятся очень толстые провода.

Пример

Оценим падение напряжения на медном проводе сечением 1.5 мм² и длиной 20 м при 24 вольтах и мощности подключенной ленты 50 ватт.

Подставив в первую формулу эти значения, мы получим, что на проводах «потеряется» примерно 1 вольт и около 2 ватт. В принципе, это не много, но если есть возможность увеличить толщину провода, лучше это сделать.

Можно, конечно, увеличить напряжение источника тока, заложив падение напряжение, но это совсем не лучший выход. Например, если мощность светильников на конце провода 180 ватт, то падение напряжения на проводе составит уже 3.5 вольта, а мощности — 25 ватт. Светильникам останется только 20 вольт, и драйверы некоторых светильников от недостатка напряжения могут войти в нештатный режим работы и начать перегреваться, потребляя гораздо больше заявленной мощности (хотя светодиоды при этом будут выдавать ту же яркость), что только увеличит падения напряжения на проводе. В этой ситуации останется только гадать, что случится раньше — возгорание проводов или выход из строя светильников.

А для трансформаторов на 12 вольт падение напряжения и расход мощности будут ещё в два раза больше.

Единственное правильное решение — увеличить толщину проводника. Как уже было сказано, увеличиваем сечение провода в два раза — примерно в два раза уменьшаем потери на проводах.

У Вас есть вопрос? Спросите консультанта.

Позвоните нам.
Или кликните здесь и задайте свой вопрос — подробный ответ Вы получите очень быстро.
Мы всегда стараемся помочь.Каталог продукции

Урок 6. Работа и мощность электрического тока

Доброго вам времени суток! Рад снова видеть вас на уроке. Сегодня нас ждёт разговор об одном свойстве электрического тока, которое может быть и полезным, и вредным. Ранее уже упоминалось, что для переноса заряда по проводнику необходимо затратить некоторое количество энергии. Так же мы говорили о том, что источником этой энергии для электрической цепи являются источники тока. А куда же эта энергия девается, ведь электроны только переносят её из точки А в точку В и отдают либо узлам решётки материала, либо, если электрон ну оооочень везучий, возвращают её на противоположный электрод батареи? Стоит сразу заметить, что число таких «везучих» электронов очень близко к нулю, то есть вероятность электрона достигнуть лампочки во Владивостоке, вылетев из розетки в Москве, практически равна нулю (оп-па, какая подсказочка к задаче из Урока 1). Это объясняется очень просто: ЭДС источника всегда уменьшается, значит, энергия пропадает куда-то… Но это нарушало бы закон сохранения энергии. А давайте-ка разберёмся в этих вопросах!

Действительно, энергия не может пропадать в никуда, она лишь преобразуется из одного вида в другой. На этом принципе работают источники тока: какой-то вид энергии (химическая, световая, механическая и т.д.) преобразуются в электрическую энергию. Имеет место и обратное преобразование: зарядка аккумулятора приводит к восстановлению электролита, электрическая лампочка излучает свет, а динамик наушников – звук. Эти процессы и характеризуют работу электрического тока. Давайте для наглядности остановимся на обыкновенной лампе накаливания. Известно, что их существует большое количество: разнообразные размеры и формы, рабочее напряжение, некоторые лампы светят ярче, некоторые тусклее. Неизменным остаётся только принцип их работы. Рассмотрим внутреннее строение такой лампы:

Рисунок 6.1 – Внутреннее строение лампы накаливания

Обычная лампочка, которую сейчас пытаются заменить на так называемую «энергосберегающую», состоит из:

  • 1. Стеклянная колба.
  • 2. Полость колбы (вакуумированная или наполненная газом).
  • 3. Нить накаливания (вольфрам или его сплав).
  • 4. Первый электрод.
  • 5. Второй электрод.
  • 6. Крючки-держатели нити накаливания.
  • 7. Ножка лампы (выполняет функцию держателя).
  • 8. Внешний вывод для подключения (токоввод), имеющий внутри предохранитель, который защищает колбу от разрыва в момент перегорания нити накала.
  • 9. Корпус цоколя (держатель лампы в патроне).
  • 10. Изолятор цоколя (стекло).
  • 11. Второй внешний вывод для подключения (токоввод).

Как легко заметить к электрической части лампы (то есть той части, по которой протекает ток), можно отнести далеко не все составляющие. Можно сказать, что лампа состоит из проводника, который посредством специальной системы может подключаться к электрической цепи. Принцип работы лампы накаливания основан на эффекте электромагнитного теплового излучения. Однако излучение может приходиться на разные области спектра: от инфракрасного до видимого. Чтобы обеспечить излучение в видимой области спектра, согласно закону Планка (зависимость длины волны излучения от температуры), необходимо подобрать температуры, при которой происходит излучение преимущественно белого света. Этому условию удовлетворяет диапазон температур от 5500 до 7000 градусов Кельвина. При температуре 5770К спектр излучения лампы будет совпадать со спектром излучения Солнца, что наиболее привычно человеческому глазу.

Однако нагревания до таких высоких температур не выдерживает ни один из известных металлов. Наиболее тугоплавкие металлы вольфрам и осмий имеют температуру плавления 34100С (3683К) и 30450С (3318К), соответственно. Поэтому все лампы накаливания излучают только бледно-желтый свет, однако, реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения. Излучение «холодного» белого света является одним из преимуществ «энергосберегающих» ламп перед лампами накаливания.

Колба с газом или вакуумом необходима для защиты нити накала от воздействия атмосферного воздуха. Газовая среда состоит в основном из смеси инертных газов (смесь азота N2 с аргоном Ar являются наиболее распространёнными в силу малой себестоимости и большой молярной массы, которая уменьшает потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности). Особой группой являются галогенные лампы накаливания. Принципиальной их особенностью является введение в полость колбы галогенов или их соединений. В такой лампе испарившийся с поверхности тела накала металл вступает в соединение с галогенами, и затем возвращается на поверхность нити за счёт температурного разложения получившегося соединения. Такие лампы имеют большую температуру спирали, больший КПД и срок службы, меньший размер колбы и другие преимущества. Но вернемся к току, который протекает по нити накаливания…

Ранее мы говорили, что перенос единичных зарядов в проводнике из точки А в точку В производится под действием электрического напряжения, которое совершает работу. При различных значениях напряжения и величине заряда, выполняется различная работа, следовательно, необходимо оценить величину скорости передачи (преобразования) энергии. Эта величина называется

электрической мощностью и характеризует выполненную работу за единицу времени:

Работа электрического тока при переносе одного заряда численно равна значению напряжения на участке АВ (см. Урок 3: потенциальная энергия поля равна произведению разности потенциалов на перенесённый заряд), тогда:

Умножив значение мощности для одного заряда на число перенесённых зарядов, получим значение мощности электрического тока:

Учитывая, что отношение величины заряда ко времени равно величине протекающего тока, получим:

Величина электрической мощности измеряется в ваттах (Вт) или в вольт-амперах (ВА), однако, эти величины не являются тождественными. Хотя произведение силы тока, выраженной в амперах на напряжение, выраженное в вольтах, даёт величину вольт-амперы, она используется для характеристики несколько «другой» мощности, которую мы рассмотрим позже, так как она пока не связана с изучаемыми характеристиками.

Тогда работа тока равна мощности, умноженной на время:

Величина работы электрического тока измеряется в джоулях (Дж).
Применяя закон Ома и следствия из него, получим еще два выражения для вычисления электрической мощности:

При помощи этих формул и известных значений любых двух величин из четырех (напряжение, ток, сопротивление, мощность) можно найти остальные две величины. Кроме того, эти формулы выражают так называемую постоянную мощность. Кроме неё, можно дать характеристику мгновенной мощности, которая в различные моменты времени может изменять своё значение:

Обычно для выделения величины, зависящей от времени (мгновенное значение) используют

строчные буквы алфавита, а для выделения величин, характеризующие постоянные или усреднённые значения – прописные. Мгновенной работы, разумеется, не существует.

Так же следует запомнить, что электроны, перемещающиеся по проводнику, сталкиваются с узлами кристаллической решётки, отдают им свою энергию, которая выделяется в виде тепла, поэтому практически вся электрическая энергия в проводнике переходит в тепловую, но при высоких температурах нагрева (электрическая лампа) часть энергии расходуется еще и на световое излучение.

Кроме того, раз на любом участке проводника существует преобразование мощности в тепло, значит, не вся мощность, выделяемая источником, (а она эквивалентна мощности тока, только вместо значения напряжения в формулу 6.1 необходимо подставить значение ЭДС источника) поступает в нагрузку. Нагрузкой в электротехнике называется потребитель (приемник) электрической энергии, в данном случае – лампа накаливания. Тогда для характеристики эффективности системы (устройства, машины, электрической цепи) в отношении преобразования или передачи энергии вводится

коэффициент полезного действия (КПД). Он определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой, обозначается обычно η («эта»). КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:

где A – работа, выполненная потребителем,
Q – энергия, отданная источником.

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы или равен ей, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.

Разность ∆Q=A-Q называется потерями мощности. Из формулы 6.3 видно, что потери мощности будут возрастать при увеличении сопротивления проводника, поэтому чтобы получить как можно больше теплового излучения в лампах используется тонкая бифилярная (двойная) спираль, сопротивление которой довольно велико. Нить имеет толщину порядка 50 микрон, чтобы компенсировать относительно малое удельное сопротивление металла. Стоит отметить, что КПД ламп накаливания составляет не более 15%, то есть более 85% мощности рассеивается в виде тепла (инфракрасное излучение).

На этом наш урок закончен, надеюсь, что он вам понравился, не забывайте подписываться на обновления. До свидания!

  • Мощность электрического тока (P) – характеристика скорости передачи (преобразования) энергии. Измеряется в ваттах (Вт).
  • Основные формулы вычисления мощности:
  • Работа электрического тока (A) – произведение мощности на время:

    измеряется в джоулях (Дж).
  • Мгновенная мощность зависит от выбранного момента времени; мгновенное значение тока и напряжения также изменяются во времени из-за внешних факторов: изменения температуры, влияния внешнего поля, нестабильности ЭДС источника питания и т.д.
  • Коэффициент полезного действия (η) – отношение полезной работы (энергии, переданной потребителю) к полной затраченной энергии:

    КПД характеризует степень полезности системы и определяется количество потерь мощности в ней.
  • Потери мощности в проводнике образуются преобразованием электрического тока в тепловую энергию, зависят от сопротивления проводника и не входят в величину полезной работы.

Задачки на сегодня.

  • 1.Две электрические лампы, мощность которых 40 и 100 Вт, рассчитаны на одно и то же напряжение. Сравните диаметры нитей накала, если они изготовлены из одинакового материала, а длины их относятся как 1:2.
  • 2.Поселок потребляющий электрическую мощность Р=1200 кВт, находится на расстоянии l=5 км от электростанции. Передача энергии производится при напряжении U=60 кВ. Допустимая относительная потеря напряжения(и мощности) в проводах k=1% Какой минимальный диаметр d могут иметь медные провода линий электропередачи?
  • 3.Повышенная сложность. Сила тока в проводнике сопротивлением R=20 Ом нарастает в течение времени t=2с по линейному закону от I0=0 до Imax=6A(см. рис.). Определить количество теплоты Q1, выделившееся в этом проводнике за первую секунду, и Q2 – за вторую, а также найти отношение этих количеств теплоты. (Считать, что вся мощность выделяется как тепловая энергия).

← Урок 5: Источники питания | Содержание | Урок 7: Составление электрических схем →

Мощность блока питания — какая она должна быть, как правильно ее выбрать.

Источники питания имеют повсеместное применение. Из задача заключается в преобразовании электрической энергии в тот вид (те параметры), который используется конкретным электротехническим устройством. Известно, что в обычной городской сети применяется переменный ток с величиной напряжения в 220 вольт (с небольшим отклонением), частотой 50 герц. Причина этому простая. Этот тип тока и величина напряжения легче всего преобразовывать на подстанциях и передавать на удаленные расстояния с минимальными потерями. Большинство электротехники использует для своего непосредственного питания именно постоянный ток с более низким напряжением питания (обычно это 3, 5, 6, 9, 12, 24 вольта). Вот и получается, что функцию преобразования одного типа тока и напряжения в другие выполняет блок питания.

Одной из основных и главных характеристик любого блока питания является электрическая мощность. Именно она характеризует, какую работу может выполнять источник питания за определенных промежуток времени. Электрическая мощность находится по такой простой формуле: P = U * I. Словами это будет звучать как — мощность равна напряжение умноженное на силу тока. Напряжение — это разность электрических потенциалов (ее еще можно сравнить с давлением, к примеру воды в водопроводе). Ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике (его можно сравнить с самим потоком воды в трубе). Следовательно, произведение тока на напряжение будет характеризовать как бы общую силу, в нашем случае блока питания. Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт).

Теперь что касается нашей главной темы — какова должна быть мощность блока питания, как правильно ее выбрать под свои конкретные нужды. Ответ простой. Нужно известное выходное напряжение умножить на максимальную силу тока, что будет потребляться нагрузкой, ну и плюс некий запас (пусть это будет где-то 25-50%). К примеру, у нас есть электрическое устройство, которое рассчитано на напряжение питания (постоянное) 12 вольт. На нем указан ток потребления, пусть это будет 500 мА (это 0,5 ампера). Следовательно мы 12 вольт умножаем на 0,5 ампера, получаем 6 ватт (это мощность данного устройства). Значит нам нужен будет блок питания, у которого электрическая мощность будет чуть больше 6 Вт. Идеальный вариант — 10 Вт.

Брать или делать блоки питания впритык по мощности (какую имеет устройство нагрузки, на такую и рассчитан блок питания, без запаса) не стоит. Это будет при максимальной нагрузке вызвать нагрев самого источника питания (его выходные электрические цепи). Естественно, в лучшем случае ничего не произойдет, в худшем — ваш блок питания попросту выйдет из строя со временем. Стоит учитывать, что не всегда мощность, указанная на блоке питания соответствует действительной (которую он реально может обеспечивать). В первую очередь это касается дешевых блоков питания. Так что запас по мощность должен быть обязательно.

К примеру, выбор блока питания на компьютер. Имеются множество фирм производителей, у которых они собраны по абсолютно различным схемам. У более дешевых вариантов внутри скорей всего будет отсутствовать дополнительные защиты от перегрузок, бросков и скачков напряжения, что негативно может сказаться как на самом блоке питания, так и на вашем компьютере. Гнаться за самым дорогим также не совсем рационально, так как вы можете попросту сильно переплатить. Пожалуй лучше сначала определится с нужной мощностью компьютерного блока питания (учитывая какие платы будут входить в комплектацию ПК, мощность видеокарты, процессора, количества блоков памяти, винчестеров дополнительных наворотов и т.д.), а потом среди достаточно известных брендов выбрать блок питания по средней цене. Естественно, перед покупкой не лишним будет проконсультироваться у продавца.

Если вы собрались собирать лабораторный блок питания своими руками, и возник вопрос, а какой мощности его делать, то опять же подумайте о максимальной нагрузке, которую вы планируете к нему подключать. Каково должно быть на нем максимальное выходное напряжение и сила тока? Обычно делать так. Максимальное напряжение на выходе пусть будет 25 вольт, которое будет регулироваться от 0 до 25 вольт. Максимальная сила тока пусть будет 6 ампер. Его вполне хватит для питания многих электротехнических устройств. Значит 25 вольт умножаем на 6 ампер и получаем мощность величиной в 150 ватт. Не забываем о запасе. В итоге наш лабораторный блок питания должен иметь общую мощность в 180 ватт. Именно под эту мощность и нужно выбирать понижающий трансформатор.

P.S. Имейте в виду, что существует активная и реактивная мощность. Они между собой достаточно сильно отличаются. Мы в данной статье говорили о активной электрической мощности, которую потребляют различные электротехнические устройства. Она соответствует тем цепям, где имеется только активная нагрузка такая как обычные нагреватели, лампы накаливания и т.д. Реактивная мощность подразумевает реактивную нагрузку такую как катушки (индуктивность) и емкость (конденсаторы).

Отношение мощности к сопротивлению

Мне кажется, вы путаете силу с работой. Работа — это количество преобразованной энергии, например, сопротивление создает тепло от давления или напряжения. Это количество тепла. Мощность — это скорость, с которой выделяется это тепло, или насколько быстро.

Например, при ходьбе на милю сжигается 350 калорий, но это занимает 30 минут. Спринт на милю также сжигает 350 калорий, но занимает всего 5 минут. Спринтерский бег требует в 6 раз больше энергии, даже при том же объеме работы.Таким образом, мощность состоит из двух составляющих: произведенного тепла или затраченной энергии и времени.

Сопротивление объекта не является ни затраченной энергией, ни периодом времени. Так что само по себе сопротивление не имеет отношения ни к работе, ни к временному интервалу. Ни один из этих блоков не совместим сам по себе. Это как сравнивать прочность стали на сжатие с температурой кипения воды. Они измеряют две совершенно разные вещи. Сами по себе они не имеют отношения. Однако вы добавляете условный компонент, который оба могут использовать совместно, и сравнительные изменения для каждого из них могут создать связь.Например, добавьте переменный компонент в смесь, например, добавьте электрический ток к кипящей воде и стали, затем измерьте прочность стали и температуру кипения, чтобы увидеть, изменит ли это одно или оба их измерения. Теперь у вас есть возможность сравнить не друг с другом напрямую, а с тем, как они оба реагируют на этот новый компонент.

Допустим, добавление электрического тока к воде снижает ее температуру кипения, а добавление того же электрического тока снижает прочность стали.Вы можете сказать в отношении электрического тока, что и точка кипения воды, и прочность стали прямо пропорциональны, потому что они оба снижаются. Это не реально, но показывает, как могут измениться отношения между двумя единицами измерения.

То же верно для сопротивления среды и скорости создаваемого ею тепла. Сопротивление — это статическое измерение, основанное на характеристиках компонента материала. Мощность — это динамическое измерение, основанное на условиях или нескольких компонентах, (количестве электрического тока в секунду), амперах и (дифференциальном заряде проводника) напряжении.

Надеюсь, что это лучшая концептуализация, чем просто перебрасывание формул.

Разница мощности, тока и потенциала на резисторе

Лампочки — это резисторы, которые преобразуют электрическую энергию в свет.

Закон Ома

Если бы вы хотели экспериментально определить зависимость между током, напряжением и сопротивлением, что бы вы сделали?

Хороший способ определить эту взаимосвязь — измерить ток в цепи, состоящей из источника напряжения, такого как батарея, и резистора.Вы можете изменить величину напряжения, возможно, путем изменения количества используемых батарей, и посмотреть, как в ответ изменится ток.

При измерении таких величин, как напряжение, сопротивление и ток, очень важно убедиться, что вы используете правильные единицы измерения. Обычно ток измеряется в амперах (А), напряжение измеряется в вольтах (В), а сопротивление измеряется в омах.

После того, как вы измерили ток (в А) и напряжение (в В), график может помочь вам понять данные.Если вы отложите напряжение по оси y , а ток по оси x , вы получите график, подобный показанному ниже:

Этот график дает вам довольно важную информацию о том, что происходит в цепи. Во-первых, вы заметили, что график представляет собой прямую линию? Это означает, что существует прямая зависимость между током и напряжением для этого резистора. Мы называем это соотношение законом Ома , который гласит, что ток через резистор прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению резистора.

Закон Ома:
Ток = Напряжение/Сопротивление
I = V/R

Это означает, что по мере увеличения напряжения растет и ток. Однако по мере увеличения сопротивления ток падает. Вспомните автомобили, пытающиеся преодолеть аварию на шоссе. Чем больше полос перекрыто аварией, тем медленнее сможет двигаться транспорт. Увеличение сопротивления резистора оказывает такое же влияние на силу тока в цепи.

Наклон линии на этом графике также важен.Закон Ома можно переформулировать и записать как V = I x R . Поскольку ток откладывался по оси х , а напряжение откладывалось по оси х , наклон этой линии равен сопротивлению резистора, поэтому сопротивление именно этого резистора должно быть 10 Ом.

Омические и неомические резисторы

Резисторы, работающие по закону Ома, известны как Омические . Многие резисторы являются омическими, а другие нет, и они называются неомическими .Вы также можете определить, является ли резистор омическим или неомическим, посмотрев на график зависимости тока от напряжения. Если график представляет собой прямую линию, то резистор подчиняется закону Ома. Если это НЕ прямая линия, то резистор неомический.

Омические и неомические резисторы

Резисторы и мощность

Резисторы всегда преобразуют электрическую энергию в другие формы энергии, такие как световая и тепловая энергия.Скорость преобразования энергии известна как мощность , а мощность обычно измеряется в ваттах (1 Вт = 1 джоуль энергии/сек). Таким образом, мощность 25 Вт будет означать, что 25 Дж электрической энергии преобразуются в другие формы каждую секунду. Эта скорость изменяется при изменении тока и напряжения.

Мощность = ток x напряжение
P = I x V

Резюме урока

Скорость, с которой заряды проходят через цепь, называется током .Заряды могут двигаться, потому что они получили некоторую энергию за счет движения через разность потенциалов, также известную как напряжение . Когда резистор находится в электрической цепи, он замедляет поток заряда, уменьшая ток в цепи.

Закон Ома гласит, что ток через резистор прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален его сопротивлению. Резисторы, которые следуют закону Ома, известны как омических , а график зависимости напряжения от резистора равен .ток через омический резистор будет прямой. Если график не прямой, то резистор неомический .

Закон Ома: V = I x R

Скорость, с которой электрическая энергия преобразуется в другие формы резистором, известна как мощность .

Мощность: P = I x В

Раздел F: Ватты, Вольты и Амперы, о боже! — Энергетическое образование: концепции и практика

Мощность  и время использования  являются факторами, определяющими, сколько энергии используется электрическим прибором или частью оборудования.Мощность — это скорость, с которой энергия используется или выполняется работа в единицу времени. Электрическая мощность обычно измеряется в ваттах; следовательно, электрическая мощность часто упоминается как мощность. Чем выше мощность, тем большее количество электроэнергии потребляет электроприбор или часть оборудования в течение определенного периода времени. Например, микроволновая печь мощностью 1200 Вт потребляет в два раза больше электроэнергии и производит вдвое больше тепла за одну минуту, чем микроволновая печь мощностью 600 Вт.

 Однако прибор с более высокой мощностью не будет потреблять много энергии, если он используется всего несколько секунд, тогда как прибор с меньшей мощностью может потреблять много энергии, если он используется в течение нескольких часов.Например, микроволновая печь мощностью 1200 Вт, используемая всего 30 секунд, потребляет меньше энергии, чем микроволновая печь мощностью 600 Вт за полчаса.

Соотношение между мощностью, временем использования и энергией, потребляемой прибором или частью оборудования, может быть выражено следующей формулой:

Мощность (мощность) x время = энергопотребление

Используя эту формулу, мы можем сравнить энергию, потребляемую электроприборами и оборудованием, чтобы увидеть, какие из них потребляют больше всего электроэнергии.

Мощность и другая электрическая информация часто указывается непосредственно на приборе или оборудовании. Например, этикетка на микроволновке может выглядеть так:
ACME, микроволновая печь
Модель № X-15Z
120 В переменного тока, 5 А
600 Вт, 60 Гц
Сделано в США

Информация на этикетке говорит нам о том, что для работы микроволновой печи требуется 120 вольт электричества в виде переменного тока (AC), и она потребляет 5 ампер (ампер) тока во время ее использования.Число 60 Гц означает, что ток меняется со скоростью 60 раз в секунду. Мощность микроволновки 600 Вт.

Если на приборе указаны напряжение и сила тока, а мощность не указана, мощность в ваттах можно рассчитать, умножив напряжение на силу тока. Используя информацию на этикетке микроволновой печи, мощность в ваттах равна  90 125 Напряжение x Ток = Мощность 90 126 в ваттах.

120 вольт x 5 ампер = 600 ватт

Если микроволновая печь используется в среднем полчаса каждый день, среднее количество энергии, используемой в день, составляет 

Мощность x Время = Использование энергии

600 Вт х 0.5 часов в день = 300 ватт-часов в день

вольт, ампер и ватт: что это такое?

Напряжение

Все источники электроэнергии, такие как батареи или генераторы, могут выполнять работу (например, зажигать лампочки, включать электроприборы). Напряжение описывает этот потенциал. Чем больше напряжение, тем больший потенциал должен совершать источник электричества.

Потенциал для выполнения работы не следует путать с фактическим выполнением работы.Например, батарея, которая стоит на столе, но ни к чему не подключена, имеет напряжение или потенциал для выполнения работы, такой как зажигание лампочки. Однако батарея не зажжет лампочку, если она не подключена к лампочке в электрической цепи. Только тогда аккумулятор действительно будет работать.

Единицей напряжения является вольт. Один вольт определяется как выполнение работы в один джоуль (0,74 фут-фунта) для перемещения одного кулона (6,25 x 10 90 204 18 90 205 ) электронов.

Ток, производимый источниками электроэнергии, бывает двух основных форм: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Постоянный ток   – это ток, протекающий в одном направлении по цепи. Он вырабатывается источниками электричества, у которых положительная (+) клемма всегда остается положительной, а отрицательная (-) клемма всегда остается отрицательной. Например, батарея вырабатывает постоянный ток, потому что клеммы батареи всегда остаются неизменными; отрицательная клемма не меняется на положительную, и наоборот. Следовательно, ток всегда будет течь от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме.

Переменный ток  — это ток, течение которого в цепи периодически меняет направление. Он производится источником электричества, положительные и отрицательные клеммы которого переключаются или чередуются туда и обратно. Другими словами, одна клемма будет переключаться с положительной на отрицательную и обратно на положительную, а другая клемма будет переключаться с отрицательной на положительную и на отрицательную. Чередование клемм с положительного на отрицательный приводит к тому, что ток течет в одном направлении, затем в обратном направлении и обратно в исходное направление и так далее.Электрические генераторы на электростанциях по всей территории Соединенных Штатов производят переменный ток, который меняет направление 60 раз в секунду. Единицей, используемой для описания скорости изменения тока, является цикл в секунду, или 90 125 герц 90 126 (Гц).

Обычно мощность определяется как скорость выполнения работы или использования энергии в единицу времени. Электроэнергия конкретно относится к скорости, с которой источник электроэнергии производит энергию, или относится к скорости, с которой электрическое устройство, прибор или часть оборудования преобразует электрическую энергию в другие формы энергии.Чем быстрее источник электроэнергии (например, генератор) производит электрическую энергию, тем больше его выходная мощность. Чем быстрее электрическое устройство (например, лампочка) преобразует электрическую энергию в световую и тепловую, тем больше потребляемая им мощность. Электрическая мощность связана с напряжением и током по следующей формуле: Мощность = Напряжение x Ток

Единицей электрической мощности является ватт. Один ватт определяется как один джоуль (0,74 фут-фунта) в секунду или один вольт, умноженный на один ампер.Поскольку единица ватт используется очень часто, электрическая мощность часто упоминается как мощность в ваттах.

Может ли напряжение существовать без тока? (простое объяснение) – PortablePowerGuides

Может ли существовать напряжение без тока? Да, может. Ток зависит от напряжения. Напряжение, с другой стороны, не зависит от тока. Напряжение – это разница между точками. Это сила, которая позволяет электронам перемещаться из одной точки в другую.

Если напряжение отсутствует, эти электроны не могут перемещаться между точками в цепи, а это означает, что ток отсутствует. Однако напряжение все еще присутствует, потому что у вас есть цепь с точками, электрический потенциал которых изменяется.

Вы только посмотрите на пачку батареек. Ток не может течь, если эти батареи не включены в цепь . И все же, прежде чем вы добавите эти батареи в цепь, между клеммами существует разница в электрическом потенциале. Следовательно, у вас все еще есть напряжение.

Это не включает ситуации, связанные с сверхпроводниками , которые являются особым случаем.

Тем не менее, сверхпроводники редко используются в повседневных ситуациях, поэтому люди склонны игнорировать их во время подобных дебатов. Некоторые люди не понимают, как может существовать напряжение, когда нет тока, или почему ток не может существовать при отсутствии напряжения. Но картина становится ясной, когда вы понимаете, что такое ток и напряжение, не говоря уже о характере их взаимосвязи.

Что такое напряжение?

Напряжение

Energy Education описывает напряжение как « Разность потенциалов ».Многие люди используют этот термин, потому что он показывает, как работает напряжение. Большинство людей знают напряжение как измерение энергии, которая перемещает заряд из одной точки в другую.

Вы можете думать об этом как о силе, толкающей электроны. Согласно The Engineering Mindset, 90 125 свободных электронов не требуют напряжения для движения. Даже в его отсутствие они находятся в движении, перемещаясь между атомами. Однако их движения случайны.

Это беспорядочное движение свободных электронов бесполезно.Вы не можете использовать его для питания вашей лампы. Если вы хотите использовать эти электроны, вы должны заставить их двигаться в одном направлении. Вот где напряжение входит в картину.

Напряжение — это сила, которая заставляет свободные электроны двигаться в унисон. Если электроны — это синоним воды, то напряжение — это давление, которое проталкивает воду по трубе.

Что такое ток?

Текущий

Согласно Toppr, ток — это скорость, с которой течет электрический заряд.Как было сказано выше, если напряжение — это давление, то ток — это вода, которую давление проталкивает через трубу.

Чтобы понять, как связаны между собой напряжение и сила тока, нужно помнить, что напряжение еще называют разностью потенциалов. Этот термин не случаен. Он говорит вам, как работает напряжение.

Люди всегда относятся к напряжению в точке, то есть оно измеряется относительно точки нулевого вольта .Это эквивалентно измерению высоты ландшафта в географии путем сравнения его с уровнем моря.

Разница в электрическом потенциале между двумя точками даст вам представление о количестве энергии, необходимой для перемещения заряда между этими двумя точками. Вместо воды в трубе представьте себе водопад.

Если у вас есть два бассейна, наполненных водой, и они находятся на одном уровне, вода не будет течь между ними. Но если вы поднимете один бассейн над другим, гравитация заставит воду из приподнятого бассейна течь в нижний бассейн.

Это происходит с водопадами. Вода течет ручьями вниз с возвышенности из-за разницы в высоте. То же самое происходит и в цепи. Согласно EE Power, , поскольку электрический потенциал между клеммами в цепи разный, электроны могут течь от более низкого напряжения к более высокому, если вы используете проводящий материал для соединения этих двух точек.

Может ли существовать напряжение без тока?

Да, напряжение может существовать без тока.Любая аналогия, которую вы используете для понимания связи между напряжением и током, говорит вам об одном и том же.

Например, в случае крана напряжение представляет собой давление , которое вытесняет воду. Текущей является вода , выдавленная из крана под давлением. Если вы открываете кран, а вода не течет, значит давление все еще присутствует .

Аналогия с водопадом приводит к тому же выводу.Вода течет из-за разницы в высоте. Одна часть водопада находится в высокой точке, а другая — в низкой. E даже если вода перестанет течь, эта разница в росте останется . Он не исчезнет просто потому, что вода ушла.

Если вы посмотрите на схему, вы получите тот же ответ. Цепь образуется, когда проводящий материал соединяет две точки . По данным Клуба электроники, источник питания в цепи обеспечивает напряжение.

Примером источника питания является батарея. Если переключатель замкнут и цепь замкнута, ток будет течь. Однако, если переключатель разомкнут, цепь не замкнута. Он сломан, и поэтому ток не может течь. Тем не менее, у вас все еще есть напряжение, потому что источник питания присутствует.

У вас все еще есть две точки в цепи с разным электрическим потенциалом. Вот почему вы можете измерить напряжение. Поскольку напряжение все еще присутствует, вы знаете, что ток будет течь в момент замыкания переключателя в цепи.

С другой стороны уравнения, как вы, скорее всего, заметили, ток не может существовать без напряжения.

Почему ток не течет, если нет напряжения?

Ток и напряжение не одно и то же. Люди используют эти слова взаимозаменяемо. Однако в цепи «вещь», которая течет, — это ток. Чтобы быть более конкретным, ток — это скорость, с которой течет электрический заряд.

Напряжение — это то, что вызывает протекание тока.Это чрезмерное упрощение концепции, которую многие люди пытаются понять. Но основная суть такова. В цепи платформа правительства штата Виктория описывает «напряжение» как причину, а «ток» как следствие.

Вы не можете иметь следствие без причины, то есть для того, чтобы было следствие, должна быть причина. В связи с этим у вас не может быть протекающего тока без напряжения. Чтобы усвоить эту концепцию, требуется некоторое время. Тем не менее, она может стать ясной, когда вы поймете приведенные ниже элементы.

Чтобы понять, почему ток не может течь при отсутствии напряжения, следует иметь в виду следующее:

1). Электроны в цепи движутся, потому что на них действует сила . Эта сила создается электрическим дисбалансом. Если у вас есть две точки, и в одной из них много электронов, а в другой — дефицит, то эти две точки несбалансированы.

Одна точка имеет отрицательный заряд, а другая точка имеет положительный заряд .Из-за этого дисбаланса между этими двумя точками создается сила притяжения. Если вы используете проводящий материал для их соединения, электроны будут течь от отрицательно заряженной точки к положительно заряженной точке.

Если не ввести проводящий материал, сила притяжения не исчезнет.

2). All About Circuits сравнивает описанную выше ситуацию с резервуаром для воды, который наполнен водой. Рассматриваемый резервуар поднимается над контейнером. Как только они соединены трубой, из-за разницы в высоте сила тяжести будет направлять воду из верхнего резервуара в нижний контейнер.

При отсутствии трубы вода в верхнем резервуаре все еще может двигаться. Но он не реализовал этот потенциал, потому что труба не была добавлена.

3). Это похоже на напряжение. Люди называют напряжение силой, толкающей ток . Однако правильнее было бы назвать его инструментом, который люди используют для измерения количества работы, необходимой для перемещения заряда между точками.

Это нереализованный потенциал, о котором упоминалось в примере с танками, а точнее, потенциальная энергия.В этом примере при отсутствии трубы вода не может течь вниз. Но разница в высоте есть, а это значит, что сила тяжести все еще может толкать воду вниз после добавления трубы.

У вас тоже есть вода в баке. Он никуда не ушел. Когда на него действует гравитация, вода может стекать в нижний контейнер.

4). Соотношение между напряжением и током такое же. В приведенном выше примере течением является вода, стекающая в нижний контейнер.Даже если течение отсутствует, то есть вода не течет, возможность ее вытекания из верхнего резервуара все равно существует.

Другими словами, напряжение все еще присутствует. А если бы напряжения не было? Что, если бы верхний резервуар и нижний резервуар находились на одном уровне и в них было одинаковое количество воды? У вас не будет разницы в росте.

Гравитация не могла воздействовать на воду. Даже если бы два контейнера были соединены, вода не текла бы.Поскольку напряжение описывает силы, которые действуют на заряд, перемещая его между точками, отсутствие напряжения препятствует протеканию тока.

5). Стоит отметить, что во многих случаях напряжение генерируется источниками питания, такими как генераторы и батареи. Вы, вероятно, понимаете, почему ток не будет течь в отсутствие этих источников питания.

Может ли ток существовать без напряжения?

Ток является мерой потока электронов.Если нет напряжения, вызывающего движение электронов, то и ток не может существовать.

Что насчет сверхпроводников?

Исключением из этого уравнения являются сверхпроводники. Любой ток, который у них есть, будет сохраняться при отсутствии напряжения. Другими словами, ток может существовать без напряжения. Сверхпроводники могут сохранять ток годами.

Заключение

В конечном итоге все сводится к соотношению между напряжением и током.Напряжение является причиной, а ток следствием. Если у вас нет причины, у вас не может быть следствия.

потерь при передаче: сколько электроэнергии теряется между электростанцией и вашей вилкой?

Сколько энергии теряется по пути от электростанции к розетке в вашем доме? Этот вопрос задан Джимом Барлоу, архитектором из Вайоминга, в рамках нашего проекта IE Questions.

Чтобы найти ответ, нам нужно разбить его шаг за шагом: сначала превратить сырье в электричество, затем переместить это электричество в ваш район и, наконец, направить это электричество через стены вашего дома в вашу розетку.

Шаг 1: Создание электричества

Электростанции – угольные, газовые, нефтяные или атомные – работают по одному и тому же общему принципу. Энергоемкое вещество сжигается с выделением тепла, которое превращает воду в пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество. Термодинамические пределы этого процесса («Черт возьми, эта растущая энтропия!») означают, что только две трети энергии, содержащейся в сырье, фактически попадают в сеть в виде электричества.

Потери энергии на электростанциях: Около 65%, или 22 квадриллиона БТЕ в США в 2013 г.

На этом графике показана тепловая эффективность различных типов электростанций. Все типы электростанций имеют примерно одинаковую эффективность, за исключением природного газа, эффективность которого в последние годы улучшилась с добавлением электростанций с комбинированным циклом. (Линия эффективности использования угля почти идентична ядерной энергии и выделена фиолетовым цветом).

Этап 2: Перемещение электроэнергии – передача и распределение

Большинство из нас не живут рядом с электростанцией. Так что нам как-то нужно провести электричество в наши дома. Это звучит как работа для линий электропередач.

Трансмиссия

Во-первых, электричество передается по высоковольтным линиям электропередач на большие расстояния, часто на многие мили по всей стране. Напряжение в этих линиях может составлять сотни тысяч вольт. Вы не хотите возиться с этими строками.

Почему такое большое напряжение? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вспомнить немного школьной физики, а именно закон Ома. Закон Ома описывает, как связаны количество энергии в электричестве и его характеристики – напряжение, ток и сопротивление. Это сводится к следующему: масштаб потерь зависит от квадратных тока в проводе. Этот квадратный коэффициент означает, что крошечный скачок тока может вызвать большой скачок потерь. Поддержание высокого напряжения позволяет нам поддерживать низкий ток и потери. (Для любителей истории: именно поэтому AC выиграл битву токов.Спасибо, Джордж Вестингауз.)

Jordan Wirfs-Brock / Inside Energy

Провисание линий электропередач фактически является ограничивающим фактором в их конструкции. Инженеры должны следить за тем, чтобы они не подходили слишком близко к деревьям и зданиям.

Когда это электричество пропадает, куда оно уходит? Высокая температура. Электроны, движущиеся вперед и назад, сталкиваются друг с другом, и эти столкновения нагревают линии электропередач и воздух вокруг них.

Вы действительно можете услышать эти потери: этот треск, когда вы стоите под опорой ЛЭП, означает потерю электричества.Вы также можете увидеть потери: заметили, как линии электропередач провисают посередине? Частично это гравитация. А остальное — электрические потери. Тепло, как и тепло от потерянного электричества, заставляет металлические линии электропередач расширяться. Когда они это делают, они провисают. В жаркие дни линии электропередачи более провисшие и негерметичные.

Распределение

Высоковольтные линии электропередач большие, высокие, дорогие и потенциально опасные, поэтому мы используем их только тогда, когда электричество должно передаваться на большие расстояния. На подстанциях рядом с вашим районом электричество передается на более мелкие линии электропередач с более низким напряжением — такие, как на деревянных столбах.Теперь мы говорим о десятках тысяч вольт. Затем трансформаторы (вещи в форме банки, сидящие на этих столбах) еще больше снижают напряжение, до 120 вольт, чтобы сделать вход в ваш дом безопасным.

Как правило, линии электропередач меньшего размера означают большие относительные потери. Таким образом, хотя по высоковольтным линиям электропередачи электричество может передаваться гораздо дальше — десятки или сотни миль — потери невелики, около двух процентов. И хотя ваше электричество может пройти несколько миль или меньше по низковольтным распределительным линиям, потери высоки, около четырех процентов.

Потери энергии при передаче и распределении: около 6% – 2% при передаче и 4% при распределении – или 69 трлн БТЕ в США в 2013 г.

Jordan Wirfs-Brock

На этом графике показан средний процент потерь электроэнергии при передаче и распределении по штатам с 1990 по 2013 год. За исключением Айдахо, все штаты с наименьшими потерями являются сельскими, а штаты с самые высокие потери — все густонаселенные.

Забавный факт: потери при передаче и распределении, как правило, ниже в сельских штатах, таких как Вайоминг и Северная Дакота.Почему? Менее густонаселенные штаты имеют больше высоковольтных линий электропередачи с низкими потерями и меньше низковольтных распределительных линий с высокими потерями. Изучите потери при передаче и распределении в вашем штате на нашем интерактивном графике.

Потери при передаче и распределении также варьируются от страны к стране. В некоторых странах, таких как Индия, потери достигают 30 процентов. Часто это происходит из-за воров электроэнергии.

Шаг 3. Использование электричества в доме

Коммунальные предприятия тщательно измеряют потери от электростанции до вашего счетчика.Они должны, потому что каждый бит, который они теряют, съедает их прибыль. Но как только вы купили электроэнергию и она поступает в ваш дом, мы теряем счет потерь.

Ваш дом и провода в ваших стенах — это что-то вроде черного ящика, и подсчитать, сколько электричества теряется — электричества, за которое вы уже заплатили, — сложно. Если вы хотите узнать, сколько электричества теряется в вашем доме, вам нужно либо оценить его с помощью принципиальной схемы вашего дома, либо измерить его, установив счетчики на все ваши приборы.Вы энергетический болван, пытающийся это сделать? Дайте нам знать, мы будем рады услышать от вас!

Потеря энергии в проводке внутри ваших стен: мы не знаем! Это может быть ничтожно мало, а может быть еще несколько процентов.

Будущее потерь при передаче и распределении

Сетевые инженеры работают над такими технологиями, как сверхпроводящие материалы, которые могут существенно снизить потери при передаче и распределении электроэнергии до нуля. Но на данный момент стоимость этих технологий намного выше, чем деньги, потерянные коммунальными компаниями из-за существующих горячих и протекающих линий электропередач.

Более экономичное решение по сокращению потерь при передаче и распределении состоит в том, чтобы изменить то, как и когда мы используем энергию. Потери не постоянная величина. Они меняются каждое мгновение в зависимости от таких вещей, как погода и энергопотребление. Когда спрос высок, например, когда мы все используем наши кондиционеры в жаркие летние дни, потери выше. Когда спрос низкий, например, посреди ночи, потери меньше. Коммунальные предприятия экспериментируют со способами более равномерного распределения потребления электроэнергии, чтобы минимизировать потери.

Тот же принцип применим и к вашему дому, который, по сути, представляет собой вашу личную сетку. Вы можете уменьшить потери в своем доме, равномерно распределив потребление электроэнергии в течение дня, вместо того, чтобы включать все электроприборы одновременно.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.