Определение мощности электрического тока: Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

Определение мощности электрического тока

Содержание

  • 1 Определение
  • 2 Активная
  • 3 Реактивная
  • 4 Полная
  • 5 Как измеряется
    • 5.1 Прямые замеры
    • 5.2 Косвенные замеры
    • 5.3 Фазометры
    • 5.4 Регулирование cos φ
  • 6 Видео

Мощность электрического тока – один из основных параметров, определяющих работу электроцепи, наряду с напряжением и силой тока. Этот показатель всегда присутствует в технических характеристиках двигателей, трансформаторов, генераторов.

Генератор на электростанции

Определение

Чтобы понять, что такое мощность тока, надо определить его работу, так как они неразрывно связаны. Работа электротока заключается в энергопреобразовании из электрического вида в тепловой, кинетический и т. д. Мерилом этой энергии является работа. А мощность электрического тока – это скорость, с которой происходят преобразования. Формулой можно выразить:

P = A/t.

В чем измеряется мощность тока, проистекает из формулы, – Дж/с. Получилась единица измерения, называемая ватт (Вт). Другая единица измерения мощности, часто применяемая в энергетике, – следствие из другой формулы:

P = U*I.

Это вольтампер (ВА) и производные от нее кВА, мВА.

Важно! Благодаря последней формуле, можно заметить, что идентичную мощность электрического тока возможно получить при повышенном напряжении и маленьком токе либо при перемене местами количественного значения этих показателей. Так как при большом токе потери выше, эту зависимость используют, передавая электроэнергию по высоковольтным ЛЭП на значительные дистанции.

В электроцепях на постоянном токе существует один вид мощности, измеряемый в ваттах. Электрическая мощность, используемая при расчетах электросетей переменного тока, может быть:

  • активная;
  • реактивная;
  • полная;
  • комплексная.

Активная

Действие электрического тока на человека

Этот вид мощности электрического тока определяет работу, целиком затраченную на энергопреобразования. Пример – энергия, выделившаяся на нагрев сопротивления.

Формула расчета:

P = U*I cos φ,

где «φ» – это угол, на который сдвинуты фазы между векторами тока и напряжения.

Показатели U и I при подстановке в формулическое выражение берутся среднеквадратичные.

Формулы для расчета мощности

Реактивная

Реактивная мощность электрического тока применяется для оценки количественного показателя емкостной и индуктивной нагрузки на сеть.

Формула расчета:

Q = U*I sin φ.

Для реактивной мощности электрического тока применяют единицу измерения вольтампер реактивный (ВАр, кВАр, мВАр).

Реактивная часть появляется при расчете мощности в электрической цепи, к которой подключена индуктивность или емкость:

  1. Индуктивность – это любая катушка: трансформаторная, реакторная, обмотки электродвигателя и т. д. Из-за происходящих процессов самоиндукции электрическая энергия не вся преобразовывается в другой вид, а определенное количество возвращается в сеть.
    Так как вектор ее смещен по фазе, сеть работает с перегрузкой;
  2. Конденсатор, представляющий собой емкость, работает аналогичным образом, но смещение вектора возвращаемой энергии находится в противофазе по сравнению с индуктивным.

Важно! Для повышения качества электроэнергии и более эффективной работы электросетей свойство индуктивности и емкости работать в противофазе используется для компенсации реактивной энергии (применение конденсаторных батарей).

Конденсаторные батареи

Полная

В чем измеряется мощность

Зная активную и реактивную составляющую, можно определить, чему равна полная мощность электрического тока. Хотя она не характеризует потребление энергии по факту, расчеты необходимы для определения нагрузки на компоненты электросетей: воздушные и кабельные линии, коммутационные аппараты, трансформаторы.

Формула расчета:

S = U*I, результат измеряется в вольтамперах.

Если использовать для расчета активную и реактивную составляющую, то полное мощностное значение определяется извлечением квадратного корня из суммы их квадратов.

Как измеряется

Работа тока

Количественный мощностной показатель измеряется несколькими способами с помощью разных приборов:

  • ваттметры, варметры для прямых замеров;
  • амперметры и вольтметры для косвенных замеров;
  • фазометр, позволяющий оценить влияние реактивной составляющей.

Прямые замеры

Служат для прямого измерения активного и реактивного мощностного показателя. Все ваттметры и варметры делятся на:

  1. Аналоговые. Существуют стрелочные приборы и с самопишущими устройствами. На них отображается активная мощностная величина. Состоят из неподвижной катушки, включенной в цепь последовательно, и подвижной с параллельным подключением. Стрелка отклоняется от взаимного влияния создаваемых магнитных полей;
  2. Цифровые. Содержат микропроцессоры, вычисляющие значения активной и реактивной составляющих на основе измерений тока и напряжения.

Цифровой варметр

Существуют трехфазные и однофазные приборы, многофункциональные ваттметры для замеров других параметров: частоты, силы тока, напряжения.

Косвенные замеры

При косвенных замерах в цепь подключается амперметр и вольтметр, снимаются их показания, затем, подставляя их в формулическое выражение, вычисляется количественный мощностной показатель.

Фазометры

Замерить коэффициент, на который умножается активная мощность, cos φ, можно с помощью фазометра, что позволяет оценить влияние реактивного компонента.

Аналоговое устройство работает по тому же принципу, что и идентичный ваттметр. Только шкала проградуирована в значениях cos φ. Подключение прибора производится к одним клеммам последовательно, к другим –параллельно, чтобы измерять напряжение и электроток. В трехфазных устройствах надо подсоединить все фазы.

Высокоточные цифровые приборы содержат детекторы, непосредственно сравнивающие фазы, и микропроцессоры, обрабатывающие информацию.

Фазометры нашли широкое применение при регулировании работы генераторов и синхронных электродвигателей:

  1. У синхронного электродвигателя cos φ зависит от возбуждающего тока. При регулировании его функционирования в режиме отдачи реактивной составляющей, чтобы уменьшить ее негативное влияние, используют фазометр;
  2. В генераторах применяется ручное регулирование cos φ с целью поддержания стабильности его параметров в пусковых режимах. Если нагрузка индуктивная, и cos φ в индуктивной зоне шкалы снижается, возможен опасный нагрев статорной обмотки. При нахождении cos φ в емкостной зоне генератор работает на потребление тока, что недопустимо.

Фазометр

Регулирование cos φ

Если cos φ понижается, то в сети увеличиваются потери, а полезная часть работы по преобразованию электроэнергии уменьшается. Соответственно, растет потребление из сети. При этом напряжение падает.

Важно! Для обеспечения наилучшего соотношения параметров электросети необходимо поддерживать cos φ на уровне 0,95 в индуктивной части шкалы фазометра.

Для компенсации индуктивной нагрузки, уменьшающей cos φ, на электрических подстанциях устанавливают конденсаторные батареи. Когда индуктивная составляющая падает значительно, батареи отключаются. Иногда это реализуется в автоматическом режиме. Отслеживание cos φ производится по фазометру.

Расчеты разных видов мощности показывают, насколько работа сети надежна и эффективна, позволяют оценить потери в количественном выражении.

Видео

Оцените статью:

Мощность электрического тока: особенности, формулы расчета

Содержание:

Мощность электрического тока является величиной, которая характеризует его свойства. Она определяется силой тока и напряжением. Единицей измерения является Ватт, в честь первооткрывателя этой величины. Обозначается она буквами Вт, в английском языке буквой W. В формулах эта характеристика имеет другое условное обозначение – латинская буква Р. Измеряется мощность тока ваттметром. Найти мощности нужно умножив силу тока на напряжение, то есть амперы на вольты получаем Ватты.

В статье будет рассказано подробно, о том, что такое мощность, как ее можно определить, от чего зависит и на что влияет. В качестве дополнения, материал содержит несколько видеоматериалов и один скачиваемый файл с подробным описанием этой характеристики.

Что такое мощность в электричестве

Механическая мощность как физическая величина равна отношению выполненной работы к некоторому промежутку времени. Поскольку понятие работы определяется количеством затраченной энергии, то и мощность допустимо представить как скорость преобразования энергий. Разобрав составляющие механической мощности, рассмотрим из чего складывается электрическая. Напряжение — выполняемая работа по перемещению одного кулона электрического заряда, а ток — количество проходящих кулонов за одну секунду. Произведение напряжения на ток показывает полный объем работы, выполненной за одну секунду.

Мощность электрического тока – количественная мера тока, характеризующая его энергетические свойства. Определяется основными параметрами – силой тока и напряжением. Измеряется мощность электрического тока прибором, который называется Ваттметр. Единица измерения — Ватт (Вт).

Проанализировав полученную формулу, можно заключить, что силовой показатель зависит одинаково от тока и напряжения. То есть, одно и тоже значение возможно получить при низком напряжении и большом тока, или при высоком напряжении и низком токе. Пользуясь зависимостью мощности от напряжения и силы тока, инженеры научились передавать электричество на большие расстояния путем преобразования энергии на понижающих и повышающих трансформаторных подстанциях.

Наука подразделяет электрическую мощность на:

  • активную. Подразумевает преобразование мощности в тепловую, механическую и другие виды энергии. Показатель выражают в Ваттах и вычисляют по формуле U*I;
  • реактивную. Эта величина характеризует электрические нагрузки, создаваемые в устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Показатель выражается как вольт-ампер реактивный и представляет собой произведение напряжения на силу тука и угол сдвига.

Для простоты понимания смысла активной и реактивной мощности, обратимся к нагревательному оборудованию, где электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Материал в тему: что такое электрическая цепь.

Как измерить мощность

Знать силовые характеристики бытового оборудования необходимо всегда. Это требуется для расчета сечения проводки, учета расхода электроэнергии или электрификации дома. До начала монтажных работ такую информацию можно получить только путем сложения показателей мощности каждого отдельного устройства, добавив 10% запаса.

Определить потребляемую нагрузку дома поможет счетчик. Прибор показывает сколько киловатт было потрачено за один час работы оборудования. И для того чтобы убедиться в правильности показаний, владелец квартиры может проверить точность устройства с помощью электронных средств измерения. Сюда относится амперметр, вольтметр или мультиметр.

[stextbox id=’warning’]Также существуют ваттметры и варметры, которые показывают результаты измерений в ваттах. Во время снятия показания включенной оставить только активную нагрузку как лампочки и нагреватели. Далее померить токовое напряжение. В конце сверить показания счетчика с полученным результатом вычислений.[/stextbox]

Мощность электрического тока расчет и формулы

Для вычисления мощности тока в ваттах, силу тока в амперах умножаем на напряжение в вольтах. Обозначить мощность электрического тока латинским символом P, то приведенное выше правило можно записать в виде математической формулы P = I × U (1).

Воспользуемся этой формулой на практике. Необходимо вычислить, какая мощность электрического тока требуется для накала нити лампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА. Р= 0,075 А × 4 В = 0,3 Вт Мощность электрического тока можно определить и другим способом. Например, нам известны сила тока и сопротивление цепи, а напряжение величина неизвестная, тогда мы воспользуемся соотношением из закона Ома: U=I × R Подставим правую часть формулы (1) IR вместо напряжения U. P = I× U = I×IR или Р = I2×R.

Реактивная электрическая мощность — это величина, которая характеризует такой вид электрической нагрузки, что создаются в устройствах (электрооборудовании) колебаниями энергии (индуктивного и емкостного характера) электромагнитного поля. Для обычного переменного тока она равна произведению рабочего тока I и падению напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = U*I*sin(угла). Реактивная мощность имеет свою единицу измерения под названием ВАр (вольт-ампер реактивный). Обозначается буквой «Q».

Простым языком активную и реактивную электрическую мощность на примере можно выразить так: у нас имеется электротехническое устройство, которое имеет нагревательные тэны и электродвигатель. Тэны, как правило, сделаны из материала с высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока по спирали тэна, электрическая энергия полностью преобразуется в тепло. Такой пример характерен активной электрической мощности.

Электродвигатель этого устройства внутри имеет медную обмотку. Она представляет собой индуктивность. А как мы знаем, индуктивность обладает эффектом самоиндукции, а это способствует частичному возврату электроэнергии обратно в сеть. Эта энергия имеет некоторое смещение в значениях тока и напряжения, что вызывает негативное влияние на электросеть (дополнительно перегружая её).

Расчетные формулы мощности тока

Похожими способностями обладает и ёмкость (конденсаторы). Она способна накапливать заряд и отдавать его обратно. Разница ёмкости от индуктивности заключается в противоположном смещении значений тока и напряжения относительно друг друга. Такая энергия ёмкости и индуктивности (смещённая по фазе относительно значения питающей электросети) и будет, по сути, являться реактивной электрической мощностью.

Более подробно о свойствах реактивной мощности мы поговорим в соответствующей статье, а в завершении этой темы хотелось сказать о взаимном влиянии индуктивности и ёмкости. Поскольку и индуктивность, и ёмкость обладают способностью к сдвигу фазы, но при этом каждая из них делает это с противоположным эффектом, то такое свойство используют для компенсации реактивной мощности (повышение эффективности электроснабжения). На этом и завершу тему, электрическая мощность, мощность электрического тока.

Заключение

Рейтинг автора

Написано статей

Более подробно о мощности тока рассказано в материале  Мощность переменного тока. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.electricalschool.info

www.ruselectronic.com

www.electrohobby.ru

www.remont220.ru

www.texnic.ru

www.nado5.ru

www.meanders.rul

Предыдущая

ТеорияКак устроен трехфазный выпрямитель

Следующая

ТеорияЧто такое шаговое напряжение и чем оно опасно

Электроэнергия

Электроэнергия

Электрическая мощность в ваттах, связанная с полной электрической цепью или компонентом цепи, представляет скорость, с которой энергия преобразуется из электрической энергии движущихся зарядов в какую-либо другую форму, например, в тепло, механическую энергию или энергию, запасенную в электрических полях. или магнитные поля. Для резистора в цепи постоянного тока мощность определяется произведением приложенного напряжения и электрического тока:

Р = ВИ
Мощность = Напряжение x Ток
ватты = вольты х ампер

Введите данные в любые два поля, затем щелкните активный текст для количества, которое вы хотите рассчитать.

Детали агрегатов следующие:

Мощность резистора Мощность переменного тока
Пример мощности в последовательной и параллельной цепях
Индекс

Цепи постоянного тока

  7
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица
Назад

Удобные выражения для мощности, рассеиваемой на резисторе, можно получить, используя закон Ома.

Эти соотношения действительны для приложений переменного тока, даже если напряжения и токи являются действующими или действующими значениями. Резистор представляет собой особый случай, а выражение мощности переменного тока для общего случая включает еще один термин, называемый коэффициентом мощности, который учитывает разность фаз между напряжением и током.

Тот факт, что мощность, рассеиваемая на данном сопротивлении, зависит от квадрата тока, диктует, что для приложений с большой мощностью вы должны минимизировать ток. Это является основанием для преобразования до очень высокого напряжения для распределения электроэнергии по пересеченной местности.

Индекс

Цепи постоянного тока

 
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица
Назад

Соотношение мощностей является одним из основных инструментов анализа электрических цепей, наряду с законом Ома, законом напряжения и законом тока. Применение закона тока к приведенным выше цепям вместе с законом Ома и правилами объединения резисторов дает числа, показанные ниже. Определение напряжений и токов, связанных с конкретной цепью, наряду с мощностью, позволяет полностью описать электрическое состояние цепи постоянного тока.


Индекс

Цепи постоянного тока

 
7
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица
Назад

Электрический ток — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Крупные высоковольтные линии электропередач являются важнейшим компонентом энергосистемы. Они переносят электрический ток с небольшими потерями энергии. [1]

Электрический ток , также называемый сила тока — это количество электрического заряда, протекающего в проводнике в секунду. Это то, что переносит электроэнергию от электростанций через систему передачи и распределительную сеть для промышленного и бытового использования электроэнергии. Иначе его называют электричеством. Сила тока определяется количеством заряда, протекающего в секунду, и измеряется в амперах, сокращенно А или ампер. Когда электрический заряд течет в одном направлении, это называется постоянным током, а когда электрический заряд колеблется взад и вперед, меняя направления, это называется переменным током.

Величину постоянного тока можно рассчитать по следующей формуле:

[math]I=\frac{\Delta Q}{\Delta t}[/math]
[math]I[/math] = ток в амперах,
[math]\Delta Q[/math] = заряд в кулонах, протекающий мимо данного места и
[math]\Delta t[/math] = прошедшее время в секундах.

Однако кулоны заряда нельзя измерить напрямую, поэтому обычно для измерения тока используется устройство, известное как мультиметр. Переменный ток использует аналогичное уравнение для определения величины тока, но математика становится немного сложнее, поскольку направление движущегося заряда быстро меняется.

По соглашению, термин ток (также называемый обычным током) определяется зарядами, перемещающимися от положительного вывода к отрицательному. Также существует термин поток электронов, который используется для определения зарядов, движущихся от отрицательного вывода к положительному. Обратите внимание, что это противоположности. Обычный ток более популярен, хотя можно использовать любой термин, если это делается последовательно, чтобы избежать путаницы. Чтобы посмотреть популярный веб-комикс о том, как определяются положительные и отрицательные заряды, посетите XKCD.

Всякий раз, когда ток проходит через компонент или цепь, часть энергии теряется в виде тепла. Некоторые специальные приложения, такие как тостеры, используют это тепло. Часто это тепло является неэффективностью системы, например, в электрической передаче. Избыточное тепло может быть настоящей неприятностью в некоторых приложениях, таких как настольные компьютеры, которые склонны к перегреву и нуждаются в вентиляторах, обеспечивающих циркуляцию воздуха для охлаждения.

Выключатели используются для почти мгновенного выключения (или включения) тока. Как только заряду некуда деваться (помните, ток движется только тогда, когда есть полная цепь), ток прекращается. Если начинает течь слишком большой ток, специальный тип переключателя действует как аварийная мера безопасности для автоматического отключения тока. Эти аварийные меры безопасности включают предохранители и автоматические выключатели.

Ток и магнитные поля

Электрический ток порождает магнитные поля, как это было открыто Гансом Эрстедом в 1819 году. Вскоре после этого эта идея получила развитие в работах Андре-Мари Ампера, [2] Жан-Батист Био и Феликс Савар сформировать первые законы электромагнетизма. [3] Распространенным применением этого явления являются электродвигатели, использующие токи и их магнитные поля для преобразования электрической энергии в механическую.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *