Расчёт проволочного нагревателя | AlexGyver
Расчёт проволочного нагревателя нужен в первую очередь для определения потребного источника питания, то есть таких его параметров как напряжение и ток, ну и как следствие – мощности.
Хочу обратить ваше внимание, что существую онлайн-калькуляторы для расчёта сопротивления и остальных параметров проволочного нагревателя (примеры: раз, два)
Вот огромная подробная статья с расчётом ниромовых нагревателей.
Есть много различных сплавов с высоким удельным сопротивлением, из которых можно делать нагреватели. В нашем примере рассмотрим нихром и кантал. Для простоты расчётов ниже приведена таблица, содержащая в себе отношение диаметра проволоки к её сопротивлению на 1 метр (Ом/м).
Чтобы найти полное сопротивление отрезка проволоки, нужно:
- Определить (задать) диаметр проволоки и её материал (это можно сделать при покупке =)
- Согласно полученным (заданным) данным, найти его сопротивление (Ом/м) из таблицы
- Умножить длину отрезка проволоки (в метрах!) на удельное, в итоге получится величина сопротивления (Ом).
Проделав эти шаги в обратной последовательности, можно найти ДЛИНУ проволоки, зная её сопротивление, и варьируя ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ.
Зная сопротивление, можно “подключить” нашу проволоку к источнику питания, чтобы найти потребляемый ток. По закону Ома (I=U/R) ток равен напряжение (в Вольтах) / сопротивление (в Омах), на выходе получится ток в Амперах. Это нужно в такой ситуации: у вас есть блок питания например на 12 вольт и максимум на 3 Ампера. И вам нужно проверить, не будет ли ток от вашего нагревателя превышать максимальный допустимый ток с блока питания. Чтобы найти мощность нагревателя в Ваттах, нужно умножить ток на напряжение (P=U*I), где P – электрическая мощность в Ваттах.
Обратная задача: спроектировать нагреватель заданной мощности. Например, для стульчака с подогревом нужно около 30 Ватт.
- Зададимся источником питания, пусть это будет БП на 12 Вольт от светодиодной ленты.
- Смотрим, какой будет ток: I=P/U=30/12~2.5 Ампер. Значит, нужен блок питания как минимум на 3 Ампера, чтобы был запас по току.
- Теперь можно найти сопротивление нагревателя из закона Ома: R=U/I=12/2,5=4.8 Ом.
- Далее обращаемся к таблице сопротивлений, прикинув нужную длину проволоки. Допустим мне нужен нагреватель с длиной 0.5 метра. Это значит, что удельное сопротивление будет 4.8/0.5=9.6 Ом/м.
- Ищем в таблице ближайшее удельное сопротивление (в моём примере это 9.06 Ом/м), и таким образом находим нужную нам площадь поперечного сечения провода (диаметр 0.46мм, значит площадь 0.16 мм2). Удельное будет слегка отличаться, так что можно провести проверочный расчёт, как в самом начале статьи. Зная новое удельное сопротивление (для выбранной проволоки), пересчитываем на наши 0.5 метров: 9.06*0.5=4.53 Ом. Таким образом, ток в цепи будет 12/4.53=2.65 Ампер, что несколько выше, чем мы хотели, но не выше 3 Ампер, как у нашего БП. Также увеличилась мощность, 2.65*12~32 Ватта. Если “реальное” значение вас не устраивает, можно слегка изменить ДЛИНУ нагревателя, и ток и мощность будут такие, как хотелось изначально.
- Идём в магазин, и покупаем =)
Ещё одно важное дополнение: при последовательном соединении нагревателей их сопротивление складывается (R1+R2+R3…..). А вот при параллельном – складывается очень хитро.
Надеюсь данная статья будет полезна желающим разобраться “в сути вещей”. А так конечно можно использовать готовые калькуляторы =)
ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ
Онлайн расчёт мощности, выделяющейся в форме тепла в электрическом проводнике
Данный калькулятор будет полезен тем, кто решил сделать электрический обогреватель своими руками.Например, в случае, если вы решили сделать электрический подогрев руля на легковом автомобиле с напряжением питания 12 вольт.
2 * R
R = ρ * L / S, то есть удельное сопротивление, умноженное на длину носителя, делённое на площадь сечения. Таблица основных удельных сопротивлений металлов и сплавов (в омах) — под калькулятором.
Первая часть калькулятора позволяет определить выделяющуюся мощность, а вторая — рассчитать температуру и время нагрева проводника, а также ток, который необходим для поддержания заданной температуры.
Поскольку проводник может находиться в разных средах (в воде, в воздухе, на какой-то поверхности и т.п.), то вторая часть — довольно приблизительна, так как определённое количество тепла будет уходить с теплообменом. Но для общего понимания — нормально.
По поводу нормального тока — он рассчитан для справки. Если вы питаете обогреватель не от сети, а от стационарного источника, то для него существует некий нормальный ток, при котором аккумулятор дольше проживёт и будет отдавать максимальную ёмкость. Величина этого тока очень сильно отличается в зависимости от технологии изготовления источника и может быть и 0,1 от ёмкости, и 0,3, и 10, и 20, и 30.
Обозначается это символом С. Например, если на аккумуляторе указано 10С, а сам он ёмкостью 10А, значит, он может отдавать ток в 100 ампер.
Пример хорошей и очень простой самоделки, показывающей работу такого нагревателя, можно увидеть в видео, которое я нашёл на ютубе: https://youtu.be/Fi1uxRLNp0g
| Из Википедии:https://ru.wikipedia.org/wiki/Удельное_электрическое_сопротивление | |
| Серебро | 0,015…0,0162 |
| Медь | 0,01724…0,018 |
| Золото | 0,02 |
| Алюминий | 0,0262…0,0295 |
| Иридий | 0,05 |
| Молибден | 0,05 |
| Вольфрам | 0,053…0,055 |
| Цинк | 0,06 |
| Никель | 0,09 |
| Железо | 0,10 |
| Платина | 0,11 |
| Олово | 0,12 |
| Свинец | 0,217…0,227 |
| Титан | 0,5562…0,7837 |
| Висмут | 1,20 |
| Сталь | 0,103…0,137 |
| Никелин | 0,42 |
| Константан | 0,50 |
| Манганин | 0,43…0,51 |
| Нихром | 1,05…1,4 |
| Фехраль | 1,15…1,35 |
| Хромаль | 1,3…1,5 |
| Латунь | 0,025…0,108 |
| Бронза | 0,095…0,1 |
Из данных программы «Начала электроники» | |
| Висмут | 1,2000 |
| Нихром | 1,0000 |
| Константан | 0,4900 |
| Манганин | 0,4400 |
| Свинец | 0,2060 |
| Олово | 0,1140 |
| Платина | 0,1050 |
| Железо | 0,0980 |
| Латунь | 0,0800 |
| Никель | 0,0724 |
| Цинк | 0,0592 |
| Молибден | 0,0560 |
| Фольфрам | 0,0550 |
| Алюминий | 0,0282 |
| Золото | 0,0242 |
| Медь | 0,0172 |
| Серебро | 0,0162 |
Со страницы http://bourabai. | |
| Серебро | 0,02 |
| Медь | 0,02 |
| Золото | 0,02 |
| Латунь | 0,025… 0,108 |
| Алюминий | 0,03 |
| Натрий | 0,05 |
| Иридий | 0,05 |
| Вольфрам | 0,05 |
| Цинк | 0,05 |
| Молибден | 0,06 |
| Никель | 0,09 |
0,095… 0,1 | |
| Железо | 0,10 |
| Сталь | 0,103… 0,137 |
| Олово | 0,12 |
| Свинец | 0,22 |
| Никелин (сплав меди, никеля и цинка) | 0,42 |
| Манганин (сплав меди, никеля и марганца) | 0,43… 0,51 |
| Константан (сплав меди, никеля и алюминия) | 0,50 |
| Титан | 0,60 |
| Ртуть | 0,94 |
| Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца) | 1,05… 1,4 |
| Фехраль | 1,15… 1,35 |
| Висмут | 1,20 |
| Хромаль | 1,3… 1,5 |
Электроэнергия и энергия | Физика
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Рассчитать мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, отдаваемую источником питания.
- Расчет стоимости электроэнергии при различных обстоятельствах.
Энергия в электрических цепях
Энергия у многих людей ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность — это скорость использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергия ? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним 25-ваттную лампочку с 60-ваттной. (См. рис. 1(a).) Поскольку обе лампы работают при одинаковом напряжении, лампочка мощностью 60 Вт должна потреблять больший ток, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампочки мощностью 60 Вт должно быть меньше, чем у лампы мощностью 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от сети 120 В, подключается к сети 240 В, она короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?
Рис.
1. (a) Какая из этих ламп накаливания — 25-ваттная (вверху слева) или 60-ваттная (вверху справа) — имеет большее сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания 25 Вт холоднее? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Dickbauch, Wikimedia Commons; Greg Westfall, Flickr) (b) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает ту же интенсивность света, что и лампочка мощностью 60 Вт, но с мощностью от 1/4 до 1/10 входной мощности. (кредит: dbgg1979, Flickr)
Электрическая энергия зависит как от задействованного напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — пройденный заряд, а V — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость, с которой перемещается энергия, поэтому электрическая мощность равна
[латекс]P=\frac{PE}{t}=\frac{qV}{t}\\[/latex].
Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что здесь Δ t = t ), выражение для мощности принимает вид
P = IV
Электрическая мощность ( P ) — это просто произведение силы тока, умноженной на напряжение. Мощность имеет привычные единицы измерения ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 А ⋅ В = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. Эти розетки могут быть рассчитаны на 20 А, чтобы цепь могла выдавать максимальную мощность P = IV = (20 А)(12 В) = 240 Вт. В некоторых приложениях электрическая мощность может быть выражена в вольт-амперах или даже в киловольт-амперах (1 кА ⋅ В = 1 кВт). Чтобы увидеть отношение мощности к сопротивлению, мы объединим закон Ома с P = IV .
Подстановка I = V/R дает P = ( V / R ) V = V 2 / R . Аналогично, замена V = IR дает P = I(IR) = I 2 R . Для удобства здесь перечислены вместе три выражения для электрической мощности: 9{2}R\\[/латекс].
Обратите внимание, что первое уравнение справедливо всегда, а два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных цепях P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не общей мощностью в цепи.) Из трех разных выражений для электрической мощности можно получить разные выводы. Например, P = В 2 / R подразумевает, что чем меньше сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше отдаваемая мощность.
Кроме того, поскольку квадрат напряжения равен P = В 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение удваивается до 25-ваттной лампы, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампочки оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также выше.
Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность
(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: Сопротивление и простые цепи и Сопротивление и удельное сопротивление. Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах как в горячем, так и в холодном состоянии. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?
Стратегия для (a) Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность.
Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать 9{2}}{0,350\text{ }\Omega }=411\text{ W}\\[/latex].
Рассеиваемая горячей фарой мощность 30 Вт является типичной. Но 411 Вт в холодном состоянии на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.
Стратегия и решение для (b)Ток при холодной лампе можно определить несколькими способами. Преобразуем одно из уравнений мощности, P = I 2 R и введите известные значения, получив
[латекс]I=\sqrt{\frac{P}{R}}=\sqrt{\frac{411\text{W} }{{0,350}\text{ }\Omega }}=34,3\text{ A}\\[/latex].
Обсуждение для (b) Ток в холодном состоянии заметно выше установившегося значения 2,50 А, но ток быстро снизится до этого значения по мере повышения температуры лампы.
Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) рассчитаны на то, чтобы кратковременно выдерживать очень высокие токи при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей.
Стоимость электроэнергии
Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот известный факт основан на соотношении между энергией и мощностью. Вы платите за использованную энергию. Так как P = E / t , мы видим, что
E = Pt
– это энергия, потребляемая устройством с мощностью P за интервал времени t t . Например, чем больше горит лампочек, тем больше P б/у; чем дольше они горят, тем больше т . Единицей энергии в счетах за электроэнергию является киловатт-час (кВт ⋅ ч), что соответствует соотношению E = Pt .
Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если иметь представление об их энергопотреблении в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашего электроснабжения. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, могут быть преобразованы в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3,6 × 10 6 J.
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 уменьшит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов сократить потребление электроэнергии в доме или на предприятии. Около 20% энергии, потребляемой домом, идет на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях этот показатель приближается к 40%. Люминесцентные лампы примерно в четыре раза более эффективны, чем лампы накаливания — это верно как для длинных трубок, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ).
(См. рис. 1(b).) Таким образом, лампочку накаливания мощностью 60 Вт можно заменить КЛЛ мощностью 15 Вт, имеющей ту же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они соединены со стандартным ввинчивающимся основанием, которое подходит для стандартных патронов для ламп накаливания. (Первоначальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими первоначальными вложениями в КЛЛ были решены в последние годы.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат в 10 раз дольше. Значение инвестиций в такие лампочки рассматривается в следующем примере. Новые белые светодиодные лампы (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза эффективнее, чем КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.
Отношение E = Pt вы найдете полезным во многих различных контекстах. Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, связана, например, с уровнем мощности и продолжительностью вашей активности.
Величина нагрева источником питания связана с уровнем мощности и временем его применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения связана с мощностью и временем облучения.
Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)
Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования 60-ваттной лампы накаливания в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если лампочка стоит 25 центов ? (b) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но в 1/4 меньше мощности, и которая стоит 1,50 доллара, но служит в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?
СтратегияЧтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала найдем используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножим на стоимость киловатт-часа.
Решение для (a)Использованная энергия в киловатт-часах находится путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:
E = Pt = (60 Вт)(1000 ч) = 60 000 Вт ⋅ ч
В киловатт-часах это
E = 60,0 кВт ⋅ ч.
Теперь стоимость электроэнергии составляет
стоимость = (60,0 кВт ⋅ ч) (0,12 долл. США/кВт ⋅ ч) = 7,20 долл. США.
Общая стоимость составит $7,20 за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).
Решение для (b)Поскольку КЛЛ потребляет только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 долл. США/4 = 1,80 долл. США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты составят 1/10 стоимости лампы за этот период использования, или 0,1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость составит $1,95 за 1000 часов.
ОбсуждениеТаким образом, использование компактных люминесцентных ламп намного дешевле, хотя первоначальные инвестиции выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывалась.
Выполнение подключений: домашний эксперимент — инвентаризация потребления электроэнергии 1) Составьте список номинальных мощностей различных приборов в вашем доме или комнате.
Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем электронные часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем в день (путем оценки времени их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, то используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что мощность используемых флуоресцентных ламп рассчитана на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто на все выходные и что эти лампы оставались включенными с 18:00 до 18:00. Пятница до 8 утра понедельника. Во что обойдется эта оплошность? Как насчет целого года выходных? 9{2}R\\[/латекс].
- Энергия, потребляемая устройством мощностью P за время t , равна E = Pt .
Концептуальные вопросы
1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце срока службы, особенно перед тем, как их нити накаливания порвутся?
Мощность, рассеиваемая в резисторе, определяется как P = V 2 /R , что означает, что мощность уменьшается, если сопротивление увеличивается.
Тем не менее, эта сила также дается P = I 2 R , что означает увеличение мощности при увеличении сопротивления. Объясните, почему здесь нет противоречия.
Задачи и упражнения
1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ с током 2,00 × 10 4 А ?
2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, потребляющего ток 250 А от аккумуляторной батареи 24,0 В?
3. Заряд 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 ч. Какова выходная мощность, если выходное напряжение калькулятора составляет 3,00 В? (См. рис. 2.)
Рисунок 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих энергетических потребностей. (кредит: Эван-Амос, Wikimedia Commons)
4. Сколько ватт потребляет фонарик, через который проходит 6,00×10 2 за 0,500 ч, если его напряжение составляет 3,00 В?
5.
Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинитель с сопротивлением 0,0600 Ом, через который протекает ток 5,00 А; (b) более дешевый шнур с использованием более тонкой проволоки и сопротивлением 0,300 Ом.
6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .
7. Покажите, что единицы измерения 1 В 2 / Ом = 1 Вт, что следует из уравнения P = В 2 / R .
8. Покажите, что единицы измерения 1 A 2 ⋅ Ω = 1 Вт, что следует из уравнения P = I 2 R .
9. Проверить эквивалентность единицы энергии, что 1 кВт ⋅ ч = 3,60 × 10 6 Дж.
10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к мишени для получения рентгеновских лучей. Рассчитайте мощность электронного пучка в этой трубке при силе тока 15,0 мА.
11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт в течение 2,00 ч в сутки.
Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электричество стоит 12,0 центов/кВт⋅ч? См. рис. 3.
Рис. 3. Электрический водонагреватель по требованию. Тепло подается воде только тогда, когда это необходимо. (кредит: aviddavid, Flickr)
12. Сколько электроэнергии требуется для тостера мощностью 1200 Вт, чтобы приготовить ломтик тоста (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 центов/кВт·ч?
13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, чтобы общая стоимость (инвестиции плюс эксплуатация) была одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов/кВтч. Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с экономической эффективностью КЛЛ.
14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрические системы на 6,00 В. а) Каково тепловое сопротивление фары мощностью 30,0 Вт в таком автомобиле? б) Какой ток течет по нему?
15.
Преимущество щелочных батарей заключается в том, что они обеспечивают постоянное напряжение практически до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А ⋅ ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?
16. Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его мощность? б) Чему равно сопротивление пути?
17. Говорят, что в среднем телевизор включен 6 часов в день. Оцените годовую стоимость электроэнергии для эксплуатации 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их средняя потребляемая мощность составляет 150 Вт, а средняя стоимость электроэнергии составляет 12,0 центов/кВт⋅ч.
18. Старая лампочка потребляет только 50,0 Вт вместо исходных 60,0 Вт из-за истончения ее нити накаливания. Во сколько раз уменьшится его диаметр, если предположить равномерное утончение по длине? Любыми эффектами, вызванными разницей температур, пренебречь.
19. Медная проволока калибра 00 имеет диаметр 9,266 мм.
Рассчитайте потери мощности в километре такого провода, когда он несет 1,00 × 10 2 А.
20. Комплексные концепции
Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее лишь при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует переменное напряжение 120 В с КПД 95,0%. а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (б) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов ночной работы? (См. рис. 4.)
Рисунок 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.
21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается при ударе молнии с силой тока 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длительностью 1,00 мс? (b) Какая масса древесного сока может быть поднята с 18ºC до точки кипения, а затем испарена за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?
22.
Интегрированные концепции Какой ток должен производить подогреватель бутылочек 12,0 В, работающий от батареи, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00×10 2 алюминия от 20ºC до 90º за 5,00 мин?
23. Integrated Concepts Сколько времени потребуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру 1,00 г ткани с 37º до 100, а затем выкипятить 0,500 г воды, если он выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не учитывать передачу тепла в окружающую среду.
24. Комплексные концепции Гидроэлектрогенераторы (см. рис. 5) на плотине Гувера производят максимальный ток 8,00 × 10 3 А при напряжении 250 кВ. а) Какова выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и выходит из системы с малой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не меняется), но теряет 160 м по высоте. Сколько кубических метров в секунду необходимо, при КПД 85,0%?
Рисунок 5. Гидрогенераторы на плотине Гувера.
(кредит: Джон Салливан)
25. Интегрированные концепции (a) Если предположить, что эффективность преобразования электроэнергии двигателем составляет 95,0 %, какой ток должны обеспечить аккумуляторы на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: (a) для ускорения из состояния покоя до 25,0 м/с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин с постоянной скоростью 25,0 м/с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м/с, прилагая 5,00 × 10 2 Н сила для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.
Рисунок 6. Этот электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)
26. Интегрированные концепции Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении. а) Какова его потребляемая мощность в киловаттах? (b) Сколько времени требуется, чтобы достичь скорости 20,0 м/с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, при условии, что 9КПД 5,0% и постоянная мощность? в) Найдите его среднее ускорение.
(d) Обсудите, как ускорение, которое вы нашли для легкорельсового поезда, можно сравнить с тем, которое может быть типичным для автомобиля.
27. Интегрированные концепции (a) Алюминиевая линия электропередачи имеет сопротивление 0,0580 Ом/км. Какова его масса на километр? б) Какова масса километра медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические пределы ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.
28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель на 120 В может повысить температуру 1,00 × 10 2 г алюминиевой чашки, содержащей 350 г воды, с 20°C до 95°C за 2,00 мин. Найти его сопротивление, считая его постоянным в процессе. (б) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические пределы ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.
29. Интегрированные концепции (a) Какова стоимость нагрева джакузи, содержащего 1500 кг воды, с 10º C до 40º C при КПД 75,0 % с учетом теплопередачи в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9центов/кВт ⋅ ч.
б) Какой ток потреблял электрический нагреватель на 220 В переменного тока, если на это уходило 4 часа?
30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 480 В? б) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом? в) Что неразумного в этом результате? (d) Какие предположения неразумны, а какие предпосылки противоречивы?
31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности на 10,0 кВ? б) Найдите сопротивление провода длиной 1,00 км, при котором потеря мощности составит 0,0100 %. в) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? г) Что неразумного в этих результатах? (e) Какие допущения неразумны или какие предпосылки противоречивы?
32. Создайте свою собственную задачу Рассмотрим электрический погружной нагреватель, используемый для нагревания чашки воды для приготовления чая.
Составьте задачу, в которой вы вычисляете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он повышал температуру воды и чашки за разумное время. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем процессе. Среди вещей, которые следует учитывать, — используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкости, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев. Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будет достигнута опасная температура. 9{6}\text{J}\\[/latex]
11. 438 долл. США/год
13. 6,25 долл. США
15. 1,58 ч
17. 3,94 млрд долл. США/год
5 2 109004 19. 90.25. (а) 2,00 × 10 9 Дж (б) 769 кг23, 45,0 с
25. (а) 343 А (б) 2,17 × 10 3 А (в) 1,10 7 8 6 10 10
27. (A) 1,23 × 10 3 кг (B) 2,64 × 10 3 кг
29. (A) 2,08 × 10 5 A
(b) 4.
33 × 100067 4 MW
(b) 4.33 × 100067 4 MW
(b) (c) Линии передачи рассеивают больше энергии, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В является необоснованно низким для напряжения передачи. Линии электропередачи на большие расстояния поддерживаются при гораздо более высоком напряжении (часто сотни киловольт) для снижения потерь мощности.
Вт, Вольт, Ампер, Ом | Расчет мощности, тока, напряжения, сопротивления
Калькулятор ватт, вольт, ампер и омов:
Ватт — это единица мощности, ампер — это единица тока, вольт — это единица напряжения, а ом — это единица сопротивления, здесь просто введите любые два значения из четырех элементов, а затем нажмите «Рассчитать», вы получите немедленный результат для оставшихся двух элементов.
Кроме того, вы можете легко изменить множитель значения, такой как килограмм, мега или микро, милли и т. д. Эта опция доступна для всех параметров.
Напряжение, ток и сопротивление являются тремя основными элементами, которые отвечают за передачу энергии в любую электрическую цепь.
В этой статье мы собираемся изучить взаимосвязь между током, напряжением, сопротивлением и мощностью.
Допустим,
R = сопротивление в Омах
I = ток в амперах
V = напряжение в вольтах
P = мощность в ваттах.
Посмотрите на приведенные ниже
Мощность, ток, напряжение Расчет сопротивления:
Расчет сопротивления по напряжению и току:
Сопротивление (R) в омах равно напряжению (V) в вольтах, деленному на ток (I) в амперах, поэтому формула будет следующей:
Сопротивление = Напряжение / Ток
R = В / I
Ом = Вольт / Ампер
Расчет сопротивления по напряжению и мощности:
Сопротивление (R) в омах равно квадрату напряжения (V) в вольтах, деленному на мощность (P) в ваттах, поэтому формула будет следующей:
Сопротивление = напряжение 2 / мощность
R = V 2 / P
Сопротивление = Вольт² / Ватт
Расчет сопротивления по току и мощности:
Сопротивление (R) в омах равно мощности (P) в ваттах, деленной на квадрат тока (I) в амперах .
следовательно, формула будет такой:
R = P / I 2
Сопротивление = мощность / ток 2
Ом = ватт / ампер²
Расчет тока по напряжению и сопротивлению:
Ток (I) в амперах равен напряжению (V) в вольтах, деленному на сопротивление (R) в омах. Следовательно, формула будет следующей:
Ток = Напряжение / Сопротивление
I = В / R
Ампер = Вольт / Ом
Расчет тока по напряжению и мощности:
Ток (I) в амперах равен мощности (P ) в ваттах, деленное на напряжение (V) в вольтах. Следовательно, формула будет,
Ток = Мощность / Напряжение
I = P / V
Ампер = Ватт / Вольт
Расчет тока по сопротивлению и мощности:
Ток (I) в амперах равен квадратному корню из мощности (P) в Ватт, деленный на сопротивление (R) в омах. Следовательно, формула будет следующей:
Ток = √ (мощность / сопротивление)
I = √ (P / R)
ампер = √ (ватт / ом)
Расчет напряжения на основе ампер и сопротивления:
Напряжение (В) ) в вольтах равно произведению тока (I) в амперах и сопротивления (R) в омах.
Следовательно, формула будет,
Напряжение = Ток * Сопротивление
В = I * R
Вольт = Ампер * Ом
Расчет напряжения из ампер и мощности:
Напряжение (В) в вольтах равно мощности (P) в ваттах, деленной на ток (I) в амперах, поэтому формула будет следующей:
Напряжение = мощность / ток
В = P / I
Вольт = ватт / ампер
Расчет напряжения на основе сопротивления и мощности:
Напряжение (В) в Вольт равен квадратному корню из мощности (P) в ваттах, умноженной на сопротивление (R) в омах. Следовательно, формула будет,
Напряжение = √ (Мощность * сопротивление)
В = √ (P * R)
Вольт = √ (Ватт * Ом)
Расчет мощности по напряжению и току:
Мощность (P) в ваттах — это ток I в амперах, умноженное на напряжение в вольтах, поэтому формула будет следующей:
Мощность = Ток * Напряжение
P = В * I
Ватт = Вольт * Ампер
Расчет мощности по сопротивлению и току:
Мощность ( P) в ваттах — это сопротивление в омах, умноженное на квадрат тока.
