Силовая электрическая цепь: основные элементы и принципы работы

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

Электровоз ВЛ80C | Силовые цепи

Силовые цепи электрической схемы электровоза состоят из цепи напряжением 25 кВ, цепи тяговых двигателей в тяговом режиме и режиме электрического реостатного торможения и цепи вспомогательных машин.

Цепи напряжения 25 кВ. Подключение электровоза к контактной сети обеспечивается токоприемником (рис. 299), Токоприемник соединен с выводом А первичной обмотки тягового трансформатора 3 через дроссель ДП, высоковольтный разъединитель 2, главный выключатель 4, фильтр і0 п трансформатор тока ТТ. Второй вывод X первичной обмотки тягового трансформатора 3 соединяется с корпусом электровоза через трансформатор тока 23.

Высоковольтные разъединители 2 и 6 нормально находятся во включенном состоянии. Рукоятки их введены внутрь высоковольтной камеры электровоза. В случае необходимости разъединителем 2 можно отключить неисправный токоприемник, а разъединителем 6 — неисправную секцию. Силовые контакты с дугогашением главного выключателя 4 шунтированы нелинейным резистором для уменьшения перенапряжений, возникающих при их размыкании. В отключенном положении главного выключателя 4 осуществляется дополнительное заземление обмотки тягового трансформатора 3, необходимое для обеспечения безопасности при входе в высоковольтную камеру,

Цепи тяговых двигателей в тяговом режиме работы. Тяговые двигатели электровоза питаются выпрямленным пульсирующим током (см. ркс. 299).

Преобразование однофазного тока контактной сети в выпрямленный ток для питания тяговых двигателей осуществляется с помощью тягового трансформатора 3 и двух выпрямительных установок 61 и 62. Для снижения пульсаций в цепи выпрямленного тока установлены сглаживающие реакторы. Включение и отключение тяговых двигателей 1-IV производится соответствующими контакторами 51-54.

Реверсивные переключатели 63, 64 обеспечивают изменение направления тока в обмотках возбуждения тяговых двигателей, чем изменяется направление движения электровоза. Для уменьшения пульсации тока возбуждения и, следовательно, потока возбуждения обмотки возбуждения тяговых двигателей шунтированы резисторами с постоянным по значению сопротивлением (выводы РО-РЗ резисторов ослабления возбуждения К21-Я24).

Ослабление возбуждения тяговых двигателей осуществляется с помощью контакторов 65-76, резисторов Н21-Р24 и индуктивных

Рис. 300. Схема протекания тока в первый полупериод (а) и во второй полупе рнод (б)

шунтов ИШ1-ИШ4. Индуктивные шунты включены в цепь ослабления возбуждения с целью снижения бросков тока и облегчения условий коммутации тяговых двигателей при колебании напряжения в контактной сети или его восстановления после кратковременного снятия.

В случае необходимости любой из тяговых двигателей может быть отключен соответствующим разъединителем ОД1-ОД4. Выпрямительные установки 61, 62 могут быть отключены соответствующим разъединителем 81, 82. Прохождение тока тяговых двигателей для каждого полупериода напряжения на тяговых обмотках трансформатора показано на рис. 300 в упрощенной схеме тяговых двигателей.

Пуск и регулирование скорости электровоза в тяговом режиме. Пуск и регулирование скорости электровоза осуществляют ступенчатым изменением выпрямленного напряжения, подводимого к тяговым двигателям. Наименьшее напряжение па тяговых двигателях будет при встречном включении нерегулируемых полуобмоток с регулируемыми обмотками трансформатора. Если в один полупериод в обмотках трансформатора возникает напряжение, которое создает ток, направленный в нерегулируемой обмотке от х1 к а1, а в регулируемой — от 01 к 1, то при соединении вывода х1 с выводом 01 напряжения регулируемой и нерегулируемой полуобмоток будут направлены встречно. Результирующее напряжение, подводимое к тяговым двигателям, будет равно разности напряжений полуобмоток. Таким образом, если напряжение холостого хода (х. х.) нерегулируемой обмотки равно 638’В, напряжение х. х. всех секций регулируемой обмотки 580 В, то их разность, равная 58 В, определяет наименьшее напряжение, подводимое к тяговым двигателям на 1-й позиции.

Наибольшее напряжение к тяговым двигателям подводится при согласном включении нерегулируемой и регулируемой обмоток, т. е. тогда, когда вывод х1 нерегулируемой соединен с выводом 1 регулируемой. При этом напряжения обмоток направлены согласно и складываются (напряжение х. х. полуобмотки а!-01, равное 1218 В, подводится к двигателям на 33-й позиции главного контроллера).

Повышение напряжения на позициях от 1-й до 17-й осуществляется последовательным выключением секций 1-2 (см. рис. 299), 2-3, 3-4, 4-01 регулируемой обмотки 01-1, включенной встречно с обмоткой а1-х1, и секций 5-6, 6-7, 7-8, 8-02 регулируемой обмотки

02-0, включенной встречно с обмоткой а2-х2. Повышать напряжение’ на 18-й-33-й позициях можно, включая в том же порядке ранее выведенные секции. Главный контроллер при этом должен обеспечивать согласное включение обмоток трансформатора (замкнуты контакторные элементы 9, 19, 29 к 39).’

Переключение секций обмоток 1-01 и 5-02 выполняется главным контроллером 177, который имеет 34 силовых контактора, нз них 30 без дугогашения (контакторные элементы 9-33, 35-37, 39-40) и четыре с дугогашением (контакторные элементы А, Б, В и Г). Диаграмма замыкания силовых контакторов главного контроллера выполнена таким образом, что переключение контакторных элементов 9-33, 35-37, 39-40 происходит без тока. Разрыв силовой цепи в момент переключения секций обмоток трансформатора осуществляется контактор ными элементами с дугогашением А, Б, В и Г.

Рассмотрим подробно процесс коммутации главного контроллера при переходе с позиции на позицию. В исходном положении главный контроллер находится на нулевой позиции, при этом замкнуты контакторные элементы 30, 32, 33 и А, Б, В, Г. Однако замкнутой цепи для прохождения тока тяговых двигателей нет.

При переходе с нулевой позиции на 1-ю главный контроллер проходит первую промежуточную позицию Г11. В интервале позиций 0-П1 сначала размыкается контакторный элемент А, затем замыкается элемент 11, далее снова замыкается контакторный элемент А и размыкается элемент 30. В интервале между первой промежуточной и 1-й позициями сначала размыкается контакторный элемент Г, затем замыкаются контакторные элементы 15, 36 и 37, после чего вновь замыкается элемент Г. Таким образом, на 1-й позиции главного контроллера к двигателям подводится наименьшее напряжение, соответствующее разности напряжений встречно включенных полуобмоток вторичной обмотки трансформатора. При переходе главного контроллера с 1-й позиции на 2-ю сначала размыкается контакторный элемент Б, затем замыкается элемент 22 и после этого вновь замыкается Б. Когда контроллер переходит со 2-ой позиции на 3-ю, сначала размыкается контакторный элемент В, затем замыкается 26, после чего вновь замыкается В.

Переход контроллера с 3-й позиции на 4-ю осуществляется размыканием контакторного элемента А, затем Им замыканием элемента 12, после чего вновь замыкается А. При переходе контроллера с 4-й на 5-ю позицию сначала размыкается контакторный элемент Г, потом 15, а затем замыкается элемент 16, после чего вновь замыкается Г. Дальнейшее переключение секций обмоток трансформатора аналогично описанному выше.

Для ограничения переходного тока (в момент одновременного замыкания контакторных элементов начала и конца секции трансфер, матора, например элементов 11 и 22) установлен переходной реактор 25,

Полное выключение обмоток 1-01 и 5-02 происходит на 17-й позиции группового переключателя ступеней. В интервале между 17-й и 18-й позициями имеются четыре промежуточных позиции груп нового переключателя, па которых происходит согласное включение обмоток 1-01 с а1-%1 и 5-02 с а2-х2.

В интервале между 17-й и второй переходной (П2) позициями сначала размыкается контакторный элемент Б, потом 20, а затем замыкаются контакторные элементы 21м 31; после этого вновь замыкается элемент Б. В интервале между позициями П2-ПЗ сначала размыкается контакторный элемент В, затем 10, 40, 32,33, после этого замыкаются контакторные элементы 25 и 35, а затем Б. В интервале между промежуточными позициями ПЗ-114 сначала размыкается контакторный элемент А, затем размыкаются элементы 30, 36, 37 н замыкаются 9, 11, 19, после чего вновь замыкается элемент А.

При переходе с позиции П4 на П5 сначала размыкается контакторный элемент Г, затем размыкается элемент 21 и замыкаются 15, 29, 39, после чего вновь замыкается контактор Г. В интервале между позициями П5 и 18-й сначала размыкается контакторный элемент Б, затем 25, 31, после этого замыкается контакторный элемент 22 и вновь — Б.

С 18-й позиции главный контроллер начинает переключать контакторные элементы в порядке, рассмотренном ранее, что при согласном включении обмоток приводит к дальнейшему повышению напряжения на тяговых двигателях. На 33-й позиции обмотки 1-01 и 5-02 включаются полностью. Повышение скорости движения путем увеличения напряжения на тяговых двигателях прекращается и дальнейшее повышение ее может быть достигнуто ослаблением возбуждения тяговых двигателей.

В цепях электровоза предусмотрены три ступени ослабления возбуждения: ОП1 — 70%; ОП2 — 52%; ОПЗ — 43%. Это значит, что только 70, 52 и 43% тока якоря проходит по обмотке возбуждения. Ослабление возбуждения выполнено шунтированием обмоток возбуждения резисторами К21-К24 с помощью электропневматическнх контакторов 65-76.

Порядок шунтирования секций резистора следующий:

ОП1 — включаются контакторы 65, 66, 71, 72 и подключают соответственно резисторы Щ1-Ш3, 2Н1-2ЯЗ, ЗК1-ЗЯЗ, 4Н1-4НЗ;

ОП2 — дополнительно к контакторам 65, 66, 71, 72 включаются контакторы 67, 68, 73, 74 и шунтируют соответственно резисторы Щ1-1Н2, 2Я1-2Я2, ЗШ-ЗЯ2, 4Я1-4К2;

ОПЗ — дополнительно к контакторам 65-68, 71-74 включаются контакторы 69, 70, 75, 76 и шунтируют соответственно резисторы 1Я1-1ЯЗ, 2Я1-2ЯЗ, ЗК1-ЗЯЗ, 4К1-4КЗ.

Таким образом, для пуска и регулирования скорости электровоза имеются 33 ступени напряжения трансформатора и три ступени ослабления возбуждения. Ходовыми ступенями (позициями) служат 1, 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29 и 33-я, на которых происходит симметричное включение обмоток трансформатора, а выводы переходного реактора А1 с XI и А с X подключены к одному выводу регулируемой обмотки трансформатора. Только на ходовых позициях допустима длительная езда, следовательно, и ослабление возбуждения. На этих позициях переходной реактор и трансформатор будут иметь наименьший нагрев,

так как по их цепям протекает только ток тяговых двигателей. На неходовых позициях по переходному реактору, коитакторным элементам главного контроллера и обмотке трансформатора, кроме тока тяговых двигателей, будет протекать переменный циркулирующий ток.

Силовая схема электрического торможения. На электровозе применена схема электрического реостатного тормоза с индивидуальными тормозными резисторами и независимым возбуждением тяговых двигателей (рис. 301).

Переключение схемы электровоза из режима тяги в режим электрического торможения и наоборот производится принудительно машинистом при обесточенной силовой цепи. Переключение силовой цепи производится тормозными переключателями 49, 50, контакторами 46, 47. При этом якоря всех тяговых двигателей отключаются от своей обмотки возбуждения н включается соответственно на индивидуальный тормоз резистор ЯП-ЯМ, имеющий две ступени: 1-3 и 3-2. Ступень 3-2 автоматически ‘закорачивается контакторами 31-34 с целью расширения тормозной области в зоне низких скоростей. Одновременно контакторами 46, 47 выпрямительные установки возбуждения 60 обеих секций подключаются на часть секционированной вторичной обмотки силового трансформатора 3 на зажимы 8, 7 и 02 в первой секции электровоза. Выпрямительные установки 60 обеих секций электровоза образуют схему двухполупериодного выпрямления с нулевой точкой для питания выпрямленным напряжением обмотоквозбуждения всех восьми тяговых двигателей, включенных последовательно.

Последовательное соединение восьми обмоток возбуждения обеспечивает равенство потоков возбуждения всех тяговых двигателей, что способствует равномерному распределению нагрузок между двигателями в режиме торможения.

Так же как и в режиме тяги, обмотки главных полюсов постоянно зашупти-рованы резисторами ЩО- 4Я0, которые в тормозном режиме обеспечивают снижение коммутационных перенапряжений, возникающих при разрыве цепи обмоток возбуждения контакторами 46, 47. Кроме того, так же как и в тяге,

Pit С 302. Схема ценен переключателя 771 и контакторов Kl и 1<2;

а — подключение к источнику энергии; 6 — включение контакторов К1 и К2; е — подключение тягового двигателя в депо; а-развертка переключателя ill

<пн снижают пульсацию тока возбуждения. Выпрямленное напряжение плавно регулируется тиристорами выпрямительных установок, ‘г? с помощью системы автоматики, что позволяет регулировать ток в обмотках возбуждения тяговых двигателей. Тяговые двигатели в тормозном режиме работа’ют как генераторы постоянного тока с независимым возбуждением, преобразуя механическую энергию электровоза и состава в электрическую, которая выделяется в виде тепловой энергии на тормозных резисторах ЯП-Я14.

Передвижение электровоза от постороннего источника постоянного тока пониженного напряжения. Для ввода электровоза в депо двухполюсный отключатель 19 или 20 (рис.302) переключают в положение, соответствующее питанию тяговых двигателей от сети депо. Передвигаться электровоз может при работе любого из тяговых двигателей. Для этого оставляется включенным только отключатель (ОД1-ОД4) соответствующего двигателя; подключается к розетке 106 гибкий провод, по которому к тяговому двигателю подается напряжение 150-200 В. При установке реверсивной рукоятки контроллера машиниста в положение Вперед или Назад, а главной рукоятки в положение — ФП или ФВ включается один из линейных контакторов тяговых двигателей. Отключатели 19 и 20 могут быть использованы также при проточке бандажей колесных пар. Для этого выполняются такие же переключения, что и при вводе электровоза в депо каким-либо двигателем.

⇐ | Расположение пневматического оборудования | | Электровоз ВЛ80с | | Вспомогательные цепи | ⇒

Цепь силовая лифта

Согласие на обработку персональных данных Настоящим в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года свободно, своей волей и в своем интересе выражаю свое безусловное согласие на обработку моих персональных данных ООО «Фолифт» (ОГРН 1143702005480, ИНН 3702723060), зарегистрированным в соответствии с законодательством РФ по адресу: 153000, г. Иваново, ул. Багаева, д.33А (далее по тексту — Оператор). Персональные данные — любая информация, относящаяся к определенному или определяемому на основании такой информации физическому лицу. Настоящее Согласие выдано мною на обработку следующих персональных данных: — Имя; — Фамилия; — Телефон; — E-mail; — Комментарий. Согласие дано Оператору для совершения следующих действий с моими персональными данными с использованием средств автоматизации и/или без использования таких средств: сбор, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, обезличивание, а также осуществление любых иных действий, предусмотренных действующим законодательством РФ как неавтоматизированными, так и автоматизированными способами. Данное согласие дается Оператору для обработки моих персональных данных в следующих целях: — предоставление мне услуг/работ; — направление в мой адрес уведомлений, касающихся предоставляемых услуг/работ; — подготовка и направление ответов на мои запросы; — направление в мой адрес информации, в том числе рекламной, о мероприятиях/товарах/услугах/работах Оператора. Настоящее согласие действует до момента его отзыва путем направления соответствующего уведомления на электронный адрес [email protected]. В случае отзыва мною согласия на обработку персональных данных Оператор вправе продолжить обработку персональных данных без моего согласия при наличии оснований, указанных в пунктах 2 – 11 части 1 статьи 6, части 2 статьи 10 и части 2 статьи 11 Федерального закона №152-ФЗ «О персональных данных» от 26.06.2006 г. Принимаю Не принимаю

Что является определением термина «силовая электрическая цепь»?

Ответы по электробезопасности на экзаменационные вопросы и билеты Ростехнадзора 2020 года, для подготовки электротехнического и электротехнологического персонала организаций, осуществляющего эксплуатацию электроустановок потребителей (2, 3, 4, 5 группы по электробезопасности до и выше 1000 В), поднадзорных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору, к аттестации на Едином портале тестирования (ЕПТ) по блоку — ЭБ. Проверка знаний правил работы в электроустановках.

Правильный ответ выделен зеленым цветом.

Что является определением термина «силовая электрическая цепь»?

• Электрическая цепь, содержащая элементы, функциональное назначение которых состоит в производстве или передаче основной части электрической энергии, ее распределении, преобразовании в другой вид энергии или в электрическую энергию с другими значениями параметров

• Устройство, выполненное в виде шин или проводов с изоляторами и поддерживающими конструкциями, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии в пределах электростанции, подстанции или цеха

• Комплект элементов, связывающих присоединения электрического распределительного устройства

• Электрическая сеть переменного или постоянного тока, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии, используемой в цепях управления, автоматики, защиты и сигнализации электростанции (подстанции)

Выдержка из нормативной документации:

Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей

Силовая электрическая цепь — электрическая цепь, содержащая элементы, функциональное назначение которых состоит в производстве или передаче основной части электрической энергии, ее распределении, преобразовании в другой вид энергии или в электрическую энергию с другими значениями параметров

Правильные ответы на аттестационные вопросы 2020 года, на сайте Олимпокс ПРО, сопровождаются пояснением из нормативной документации по которым составлены тесты Ростехнадзора и Олимпокс.

Пройти онлайн тестирование и подготовку к аттестации в Ростехнадзоре для руководителей и специалистов электроэнергетических предприятий по блоку ЭБ. Общие вопросы эксплуатации электроустановок потребителей, можно на сайтах Тест 24.ру и специализированном сайте для специалистов Промбез 24. Для прохождения тестирования не требуется регистрация, все тесты с изменениями 2020 год по курсам  — ЭБ 1260.9, ЭБ 1259.8, ЭБ 1258.8, ЭБ 1257.8, ЭБ 1256.8, ЭБ 1255.8, ЭБ 1254.8 и ЭБ 1547.3, доступны бесплатно.

Учебное пособие по физике: Мощность: заставляем заряды работать

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

а. Дворники на авто

г. Схема размораживания автомобиля

г. Фен

2.Определить …

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

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

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

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

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

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

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

Веб-сайт класса физики

Электрические схемы: обзор набора проблем

Этот набор из 34 задач нацелен на вашу способность определять такие величины цепи, как ток, сопротивление, разность электрических потенциалов, мощность и электрическая энергия, на основе словесных описаний и диаграмм физических ситуаций, относящихся к электрическим цепям.Проблемы варьируются по сложности от очень простых и простых до очень сложных и сложных. Более сложные задачи обозначены цветом , синие задачи .

Текущий

Когда заряд проходит по проводам электрической цепи , считается, что в проводах присутствует ток. Электрический ток — это измеримое понятие, которое определяется как скорость , с которой заряд проходит через точку в цепи.Его можно определить, измерив количество заряда, протекающего по площади поперечного сечения провода в цепи. Как величина скорости, ток (I) выражается следующим уравнением

I = Q / т

где Q — количество заряда, протекающего через точку за период времени t. Стандартной метрической единицей измерения величины тока является ампер, часто сокращенно Ампер или А. Ток в 1 ампер эквивалентен 1 кулону заряда, протекающему через точку за 1 секунду.Поскольку количество заряда, проходящего через точку в цепи, связано с количеством мобильных носителей заряда (электронов), которые проходят через эту точку, ток также может быть связан с количеством электронов и временем. Чтобы установить связь между током и числом электронов, нужно знать количество заряда на одном электроне.

Q _{электрон} = 1,6 x 10 ^-19 C

Сопротивление

Когда заряд течет по цепи, он встречает сопротивление или препятствие для его прохождения.Как и ток, сопротивление — это измеримый термин. Величина сопротивления, обеспечиваемого сечением провода, зависит от трех переменных — материала, из которого сделан провод, длины провода и площади поперечного сечения провода. Одним из физических свойств материала является его удельное сопротивление — мера способности этого материала сопротивляться потоку заряда через него. Значения удельного сопротивления для различных проводящих материалов обычно указаны в учебниках и справочниках. Зная значение удельного сопротивления (ρ) материала, из которого состоит провод, а также его длину (L) и площадь поперечного сечения (A), его сопротивление (R) можно определить с помощью приведенного ниже уравнения.

R = ρ • L / A

Стандартная метрическая единица измерения сопротивления — Ом (сокращенно греческой буквой Ом ).

Основная трудность при использовании приведенного выше уравнения связана с единицами выражения различных величин. Удельное сопротивление (ρ) обычно выражается в Ом • м. Таким образом, длина должна быть выражена в м, а площадь поперечного сечения — в м ² . Многие провода круглые и имеют круглое сечение.Таким образом, площадь поперечного сечения в приведенном выше уравнении можно рассчитать, зная радиус или диаметр провода, используя формулу для площади круга.

A = π • R ² = π • D ² /4

Соотношение напряжение-ток-сопротивление

Величина тока, протекающего в цепи, зависит от двух переменных. Ток обратно пропорционален общему сопротивлению (R) цепи и прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к цепи.Разность электрических потенциалов (ΔV), приложенная к цепи, — это просто напряжение, подаваемое источником энергии (батареи, розетки и т. Д.). Для домов в США это значение близко к 110–120 вольт. Математическая взаимосвязь между током (I), напряжением и сопротивлением выражается следующим уравнением (которое иногда называют уравнением закона Ома ).

Мощность

Электрические схемы — это энергия.Энергия включается в цепь аккумулятором или коммерческим поставщиком электроэнергии. Элементы схемы (свет, обогреватели, двигатели, холодильники и даже провода) преобразуют эту электрическую потенциальную энергию в другие формы энергии, такие как световая энергия, звуковая энергия, тепловая энергия и механическая энергия. Мощность означает скорость, с которой энергия передается или преобразуется устройством или цепью. Это скорость, с которой энергия теряется или приобретается в любом заданном месте в цепи.Таким образом, общее уравнение мощности —

P = ΔE / т

Потеря (или усиление) энергии — это просто произведение разности электрических потенциалов между двумя точками и количества заряда, который перемещается между этими двумя точками за период времени t. Таким образом, потеря (или усиление) энергии — это просто ΔV • Q. Когда это выражение подставляется в вышеприведенное уравнение, уравнение мощности становится

P = ΔV • Q / т

Поскольку отношение Q / t, найденное в приведенном выше уравнении, равно току (I), приведенное выше уравнение также можно записать как

P = ΔV • I

Комбинируя уравнение закона Ома с приведенным выше уравнением, можно получить два других уравнения мощности.Их

Стандартная метрическая единица измерения мощности — Вт . В единицах измерения ватт эквивалентен усилителю • Вольт, усилителю ² • Ом и вольт ² / Ом.

Затраты на электроэнергию

Коммерческая энергетическая компания взимает с домохозяйств ежемесячную плату за поставленную электроэнергию.В счете за услуги обычно указывается количество энергии, потребленной в течение месяца, в единицах киловатт • часов . Эта единица — единица мощности, умноженная на единицу времени, — это единица энергии. Домохозяйство обычно оплачивает счет на основе количества кВт • ч электроэнергии, потребленной в течение месяца. Таким образом, задача определения стоимости использования конкретного прибора в течение заданного периода времени довольно проста. Сначала необходимо определить мощность и преобразовать ее в киловатты.Затем эту мощность необходимо умножить на время использования в часах, чтобы получить потребляемую энергию в единицах кВт • час. Наконец, это количество энергии необходимо умножить на стоимость электроэнергии в соотношении $ / кВт • час, чтобы определить стоимость в долларах.

Эквивалентное сопротивление

Довольно часто в цепи используется более одного резистора. Хотя каждый резистор имеет собственное индивидуальное значение сопротивления, общее сопротивление цепи отличается от сопротивления отдельных резисторов, составляющих цепь.Величина, известная как эквивалентное сопротивление , указывает полное сопротивление цепи. Концептуально эквивалентное сопротивление — это сопротивление, которое один резистор будет иметь для того, чтобы оказывать такое же общее влияние на сопротивление, как и комбинация резисторов, которые присутствуют. Таким образом, если в схеме есть три резистора с эквивалентным сопротивлением 25 Ом, то один резистор на 25 Ом может заменить три отдельных резистора и оказать влияние на схему, эквивалентное .Значение эквивалентного сопротивления (R _eq ) учитывает индивидуальные значения сопротивления резисторов и способ их подключения.

Есть два основных способа включения резисторов в электрическую цепь. Их можно подключить последовательно или параллельно . Резисторы, которые соединены последовательно, подключаются последовательно, так что весь заряд, который проходит через первый резистор, также проходит через другие резисторы.При последовательном соединении весь заряд, протекающий по цепи, проходит через все отдельные резисторы. Таким образом, эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов является суммой значений отдельных сопротивлений этих резисторов.

R _экв = R ₁ + R ₂ + R ₃ +… (последовательные соединения)

Параллельно подключенные резисторы подключаются бок о бок, так что заряд, приближающийся к резисторам, разделяется на два или более разных пути.Параллельно подключенные резисторы характеризуются наличием участков разветвления, в которых заряд разветвляется по разным путям. Заряд, который проходит через один резистор, не проходит через другие резисторы. Эквивалентное сопротивление параллельно включенных резисторов меньше значений сопротивлений всех отдельных резисторов в цепи. Хотя это может быть не совсем интуитивно понятным, уравнение эквивалентного сопротивления параллельно соединенных резисторов дается уравнением с несколькими взаимными членами.

1 / R _eq = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R ₃ +… (параллельное соединение)

Анализ последовательной цепи

Некоторые проблемы второй половины этого набора относятся к последовательным цепям. Нередко проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов. Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют последовательную цепь, питаемую тремя ячейками и имеющую три последовательно соединенных резистора (лампочки).

Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по своему пути, когда он пересекает полный контур, становится очевидным, что заряд проходит через все резисторы последовательно. Таким образом, он соответствует критериям последовательной цепи. Знание того, что схема является последовательной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

R _экв = R ₁ + R ₂ + R ₃ +… (последовательные соединения)

Ток последовательной цепи в резисторах такой же, как и в батарее. Поскольку нет ответвлений в местах, где заряд разделяется на пути, можно сказать, что ток в батарее равен току в резисторе 1, равен току в резисторе 2 и равен току в резисторе 3 .. … В форме уравнения можно записать, что

I _{аккумулятор} = I ₁ = I ₂ = I ₃ =… (последовательные цепи)

Когда заряд проходит через резисторы в последовательной цепи, происходит падение электрического потенциала, когда он проходит через каждый резистор.Это падение электрического потенциала на каждом резисторе определяется током через резистор и сопротивлением резистора. Это согласуется с уравнением закона Ома, описанным выше (ΔV = I • R). Поскольку ток (I) в каждом отдельном резисторе одинаков, логично сделать вывод, что резисторы с наибольшим сопротивлением (R) будут иметь наибольшую разность электрических потенциалов (ΔV), приложенную к ним.

Разность электрических потенциалов на отдельных резисторах цепи часто обозначается как , падение напряжения .Эти падения напряжения последовательно соединенных резисторов математически связаны с электрическим потенциалом или номинальным напряжением элементов или батареи, которые питают цепь. Если заряд приобретает 12 В электрического потенциала при прохождении через батарею электрической цепи, то он теряет 12 В при прохождении через внешнюю цепь. Это падение электрического потенциала на 12 В является результатом серии отдельных падений электрического потенциала, когда он проходит через отдельные резисторы последовательной цепи.Эти отдельные падения напряжения (разность электрических потенциалов) в сумме дают общее падение напряжения в цепи. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV _{аккумулятор} = ΔV ₁ + ΔV ₂ + ΔV ₃ +… (последовательные цепи)

где ΔV _{аккумулятор} — это электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ — это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение последовательных схем и их анализа можно найти в Учебном пособии по физике.

Анализ параллельной цепи

Самые последние задачи в этом наборе относятся к параллельным цепям. Опять же, нет ничего необычного в том, что проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов.Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют собой параллельную цепь с питанием от трех ячеек и имеющую три параллельно включенных резистора (лампочки).

Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по его пути, когда он проходит через полный контур, становится очевидным, что заряд достигает места разветвления до того, как достигнет резистора. В месте разветвления, которое иногда называют узлом, заряд проходит по одному из трех возможных путей через резисторы.Вместо того, чтобы проходить через каждый резистор, один заряд будет проходить через единственный резистор во время полного цикла вокруг цепи. Таким образом, он соответствует критериям параллельной цепи. Знание того, что схема является параллельной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

1 / R _eq = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R ₃ +… (параллельное соединение)

В месте разветвления заряд разделяется на отдельные пути.Таким образом, ток в отдельных путях будет меньше, чем ток вне путей. Общий ток в цепи и ток в батарее равны сумме тока в отдельных цепях. В форме уравнения можно записать, что

I _{аккумулятор} = I ₁ + I ₂ + I ₃ +… (параллельные цепи)

Текущие значения этих отдельных ветвей контролируются двумя величинами — сопротивлением резистора в ветви и разностью электрических потенциалов (ΔV), приложенной к ветви.В соответствии с уравнением закона Ома, рассмотренным выше, можно сказать, что ток в ветви 1 равен разности электрических потенциалов на ветви 1, деленной на сопротивление ветви 1. Аналогичные утверждения можно сделать и для других ветвей. В форме уравнения можно сказать, что

Эклектические разности потенциалов (ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ ) на отдельных резисторах часто называют падениями напряжения.Подобно последовательным цепям, любой заряд, покидающий батарею, должен испытывать такое же падение напряжения, как и усиление, которое он обнаруживает при прохождении через батарею. Но в отличие от последовательных цепей, в параллельной цепи заряд проходит только через один резистор. Таким образом, падение напряжения на этом резисторе должно равняться разности электрических потенциалов на батарее. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV _{аккумулятор} = ΔV ₁ = ΔV ₂ = ΔV ₃ +… (параллельные цепи)

где ΔV _{аккумулятор} — это электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ — это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение параллельных схем и их анализа можно найти в Учебном пособии по физике.

Привычки эффективно решать проблемы

Эффективный решатель проблем по привычке подходит к физическим проблемам таким образом, чтобы отражать набор дисциплинированных привычек. Хотя не все эффективные специалисты по решению проблем используют один и тот же подход, все они имеют общие привычки.Эти привычки кратко описаны здесь. Эффективное решение проблем …

• … внимательно читает задачу и создает мысленную картину физической ситуации. При необходимости они набрасывают простую схему физической ситуации, чтобы помочь визуализировать ее.
• … идентифицирует известные и неизвестные величины и записывает их в организованном порядке, часто записывая их на самой диаграмме. Они приравнивают заданные значения к символам, используемым для представления соответствующей величины (например,г., ΔV = 9,0 В; R = 0,025 Ом; Я = ???).
• … строит стратегию решения неизвестной величины; стратегия, как правило, сосредоточена вокруг использования физических уравнений и во многом зависит от понимания принципов физики.
• … определяет подходящую (ые) формулу (ы) для использования, часто записывая их. При необходимости они выполняют необходимое преобразование количеств в правильные единицы.
• … выполняет подстановки и алгебраические манипуляции, чтобы найти неизвестную величину.

Подробнее …

Дополнительная литература / Учебные пособия:

Следующие страницы Учебного пособия по физике могут быть полезны для того, чтобы помочь вам понять концепции и математику, связанные с этими проблемами.

Набор проблем электрических цепей

Просмотреть набор задач

Электрические схемы Решения с аудиогидом

Electric Power — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

Джеймс Джоуль (1818–1889) Англия подтвердил закон Ома и определил, что тепло, передаваемое проводником, прямо пропорционально его сопротивлению и квадрату тока, проходящего через него.

Таким образом, мы видим, что когда ток гальванического электричества распространяется по металлическому проводнику, тепло, выделяемое за данный момент времени, пропорционально сопротивлению проводника, умноженному на квадрат электрической напряженности.

Джеймс Прескотт Джоуль, 1841

Электроэнергия из определения мощности. Умножьте на единицу и замените переменные в знаменателе. Посмотрите, что это нам дает.

Это первоначальное определение ватта как единицы мощности.

Другая единица, которую я бы предложил добавить в список, — это мощность. Мощность, передаваемая током ампера через разность потенциалов в вольт, является единицей, соответствующей практической системе. Его уместно назвать ваттом в честь великого ума механиков Джеймса Ватта. Он был первым, кто имел четкое физическое представление о силе и дал рациональный метод ее измерения. Таким образом, ватт выражает мощность усилителя, умноженную на вольт, в то время как мощность в лошадиных силах составляет 746 ватт, а мощность — 735.

Карл Вильгельм Сименс, 1882

Лошадиная сила — это единица измерения мощности, изобретенная Джеймсом Ваттом. cheval de vapeur (буквально «конь пара») — это французское название того, что на английском языке часто называют метрической мощностью. Интересно, что французы называют мощность Джеймса Ватта le cheval-vapeur britannique .

Мощность по току. Снимаем напряжение подстановкой из закона Ома.

P = VI = ( IR ) I = I ² R

Мощность по напряжению.Убрать ток по закону Ома.

Вкратце…

Потребительские дела…

Часть счета за электроэнергию бытового потребителя. Коммунальные предприятия продают электроэнергию по киловатт-часам; блок, упрощающий расчет эксплуатационных расходов на электрические устройства.Энергия, потребляемая во время этого конкретного цикла выставления счетов, была довольно низкой (по сравнению с аналогичными потребителями), но тариф, взимаемый этим коммунальным предприятием, был примерно вдвое выше среднего по США в 2000 году.

Обычные (на основе меди) кабели могут передавать мощность (от 40 до 600 МВт) при высоком напряжении (от 40 до 345 кВ)

Увеличить

Аналогичный счет от 2015 года.

Потеря линии

и доля потерь.

Электроэнергия и мощность

Электроэнергетика и энергетика

В схеме, представленной ниже, электроны, поступающие от батареи, передают часть своей энергии проводящему кабелю.Они движутся и сталкиваются с частицами проводника, и эта переданная энергия превращается в тепловую. В заданную единицу времени мы можем найти тепло, излучаемое проводником, следующим образом:

E = НДС

Где E — тепло, В, — разность потенциалов батареи, а t — время. Если мы заменим i.R на V, мы получим следующее уравнение энергии.

E = i².R.t = V² / R.t

Электроэнергетика

Это энергия, излучаемая проводником за единицу времени.

Мощность = Электроэнергия / время

Если мы подставим формулу энергии, мы получим следующее уравнение для мощности.

P = НДС т / т

P = i.V или, если мы положим i.R через V (закон Ома)

P = i².R = V² / R

Единица мощности ватт

1 ватт = джоуль / с

Пример: Найдите соотношение между энергиями, излучаемыми резисторами A, B, C и D в единицу времени.

В этой схеме разности потенциалов параллельных ветвей равны. Токи, проходящие по ветвям, обратно пропорциональны резисторам. С учетом этих пояснений, если токи на резисторах A и B равны i, тогда ток на резисторе C должен быть 2i. Сумма токов 2i + i = 3i, исходящих от двух ветвей, проходит через последний резистор D. Энергия, проходящая через резистор D. проводник в единицу времени называется мощностью. Таким образом, мощности резисторов равны;

Из уравнения P = i ² .

P _A = i ² ,2 Ом = 2i ² Ом

P _B = i ² .4 Ом = 4i ² Ом

P _C = (2i) ² ,3 Ом = 12i ² Ом

P _D = (3i) ² .1 Ом = 9i ² Ом

Отношения между ними похожи;

P _C > P _D > P _B > P _A

Пример: Радиатор, работающий с разностью потенциалов 30 В, имеет мощность 180 Вт.Найдите ток, проходящий через радиатор, и сопротивление.

Мы используем уравнение; P = i.V

180 Вт = 30 В

i = 6 ампер

Сопротивление радиатора R = V / i = 30V / 6A = 5Ω

Пример: Если ток, проходящий через эту часть цепи, равен i, мощность, затрачиваемая на первое сопротивление, составляет 100 Вт. Найдите разность потенциалов между концами второго резистора.

P ₁ = i².R ₁

100 Вт = i²,4 Ом

i = 5 ампер

Разница потенциалов между концами второго резистора составляет,

В = i.R

В = 5 А 10 Ом = 50 В

Электротехнические испытания и решения

Электроэнергия, работа и мощность

Чтобы понять, как работают устойчивые технологии, важно усвоить определенные основные принципы.Знать, как фотоэлектрические элементы преобразуют солнечную энергию в электричество, означает понимать основы электричества и света. Понимание того, как ветряные турбины производят электричество, означает понимание кое-чего о власти, работе и электромагнетизме. В этом модуле будут представлены основные концепции, необходимые для понимания технологий, обсуждаемых в этом курсе. Хотя формулы иногда используются для объяснения основных принципов, суть не в том, чтобы уметь решать количественные проблемы. Формулы помогут вам увидеть взаимосвязь.

Цели обучения: Учащиеся смогут:

1. Выделите разницу между энергией, работой и мощностью и приведите примеры каждого из них с использованием соответствующих единиц.
2. Дайте соответствующие определения следующим электрическим терминам: электрон, электрический заряд, электрический потенциал, сопротивление, ток, мощность, проводник, полупроводник и изолятор.

   Учащийся сможет сопоставить электрические величины / свойства с различными единицами измерения, используемыми в электротехнике (например,грамм. вольт, ампер, ватт, ом, ампер-час, киловатт-час и т. д.)
   

3. Укажите элементы электрической цепи.
4. Укажите различия между параллельными и последовательными цепями и отметьте влияние на электрический потенциал (измеренный в вольтах) и ток (измеренный в амперах).
   
5. Объясните взаимосвязь между потоком тока и магнетизмом и покажите, как это лежит в основе электродвигателей и генераторов.
6. Различайте электричество постоянного и переменного тока, определите полезные качества каждого из них, отметьте, какие устройства связаны с каждым из них, и опишите роль силовых инверторов.

Энергия, работа и мощность

Перейти к: Force | Работа | Мощность

Проще говоря, Вселенная состоит из четырех вещей: пространства, времени, массы и энергии. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Но Эйнштейн показал нам, что энергию можно превратить в массу и наоборот. Второй закон термодинамики гласит, что каждый раз, когда энергия меняет форму, часть ее превращается в тепло. Энергия бывает разных форм.Самая полезная энергия или энергия высочайшего качества — это то, что мы можем использовать для работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может быть использована для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

Происхождение: Первоисточник: Environment Canada (https://www.ec.gc.ca/eau-water/default.asp?lang=en&n=00EEE0E6-1), доступ через USGS: https: //water.usgs .gov / edu / wuhy.html Это воспроизведение является копией официальной работы, опубликованной правительством Канады, и воспроизведение не было произведено в сотрудничестве или с одобрения правительства Канады.
Повторное использование: Информация на этом веб-сайте была размещена с намерением сделать ее доступной для личного или публичного некоммерческого использования и может быть воспроизведена частично или полностью и любыми средствами без взимания платы или дополнительного разрешения, если не указано иное. Пользователи должны: проявлять должную осмотрительность для обеспечения точности воспроизводимых материалов; Укажите как полное название воспроизводимых материалов, так и организацию автора; и Укажите, что воспроизведение является копией официального произведения, опубликованного правительством Канады, и что воспроизведение не было произведено при поддержке или с одобрения правительства Канады.

Проще говоря, вселенная состоит из четырех вещей; пространство, время, масса и энергия. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена.(Хотя позже Эйнштейн показал, что для ядерных реакций энергию можно превратить в массу и наоборот). Энергия бывает разных форм. Когда энергия передается от одного объекта к другому или когда она преобразуется из одного типа в другой, ее можно использовать для выполнения работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может быть использована для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

Энтропия — это мера распределения энергии. Концентрированные формы энергии, такие как энергия, хранящаяся в ядре атома, в химических связях или в высоковольтных электрических устройствах, очень полезны для выполнения работы.С другой стороны, менее концентрированные формы энергии, такие как низкотемпературное тепло, вибрации или звуковые волны, гораздо менее полезны. Второй закон термодинамики гласит, что всякий раз, когда энергия используется для выполнения работы, часть энергии превращается из концентрированной формы в менее полезную. Физики говорят, что по мере того, как энергия распространяется или рассеивается, энтропия увеличивается. Одним из результатов второго закона термодинамики является то, что ни один процесс не может преобразовать 100% энергии в полезную работу.

Что такое энергия? Полезно разделить энергию на два списка. Кинетическая энергия — это энергия движущегося объекта. Падающая вода (реагирующая на силу тяжести), солнечный свет, электроны, протекающие по проводу (электричество), велосипед в движении, использование мышц для движения глаз во время чтения — все это примеры кинетической энергии. Потенциальная энергия — это то, что сохраняется и готово к преобразованию в кинетическую энергию. Это включает воду, удерживаемую плотиной, электрический заряд, хранящийся в батарее, химическую энергию, хранящуюся в жирах и сахарах, и химическую энергию, хранящуюся в бензине и угле.

На схеме гидроэлектростанции вода, стекающая по напорному штоку, имеет кинетическую энергию. Эта кинетическая энергия используется для вращения турбины, соединенной с электрическим генератором. Вода, хранящаяся за плотиной, имеет потенциальную энергию или запасенную энергию. Обратите внимание, что сила тяжести, действующая на воду, в каждом случае обеспечивает энергию.

Сила

Когда к объекту прикладывается энергия, мы думаем об этом как о силе .Некоторые силы требуют контакта между двумя объектами, а другие действуют на расстоянии. Силы, которые для требуют контакта , включают толкание, тянущее усилие (натяжение) и трение. Силы, которые работают без прямого контакта между объектами, включают гравитацию, магнетизм и электрическую силу. Стандартная единица силы названа в честь сэра Исаака Ньютона, отца физики. Один Ньютон (1 Н) = количество силы для ускорения 1 кг массы на один метр в секунду ² . Или 1 Н = (1 кг x 1 м) / с ² .

Аппарат Джоуля для демонстрации эквивалентности работы и тепла

Provenance: Изображение из нового ежемесячного журнала Harper’s, № 231, август 1869 г. Доступно по: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Joule%27s_Apparatus_(Harper%27s_Scan).png
Повторное использование: Этот элемент является общественным достоянием и может использоваться повторно без ограничений.

Мы используем энергию для работы. Самый простой способ думать о работе — это перемещение объекта.Когда к объекту прикладывается сила (масса, умноженная на ускорение), которая заставляет этот объект перемещаться, пройденное расстояние — это уже выполненная работа. Но мы используем энергию для выполнения большего количества работ, чем перемещение мебели или автомобилей. Работа также выполняется, когда мы используем солнечный свет или природный газ для обогрева наших домов, когда мы используем электричество для освещения наших комнат или когда мы используем бутерброд с арахисовым маслом и желе для питания клеток нашего мозга.

Поскольку энергия бывает разных форм, неудивительно, что существуют разные способы ее измерения.Трудно отслеживать все различные единицы энергии. Посмотрите на таблицу ниже, чтобы увидеть некоторые единицы и отношение к джоулям, который является золотым стандартом измерения энергии. Он назван в честь Джеймса Джоуля, пивовара 19 века, который показал эквивалентность механической работы и тепла. Один джоуль примерно равен количеству энергии, необходимому для поднятия 100-граммового яблока на 1 метр (3,3 фута).

Изображенный аппарат был использован Джеймсом Джоулем для демонстрации эквивалентности механической работы и тепла.Он рассчитал работу, совершаемую силой тяжести на гирю. Эта тяга повернула лопаточные колеса, которые смешали воду в изолированном контейнере. Вода нагревается при перемешивании, показывая, что тепло = работа.

Паровая машина Ватта

Происхождение: Викикоммоны: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SteamEngine_Boulton%26Watt_1784.png
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Мощность — это мера того, сколько энергии используется за определенный период времени. Для этого мы можем использовать ватт. Джеймс Ватт был пионером в понимании физики энергии и разработал один из первых успешных паровых двигателей. Он одолжил нам свою фамилию для этого подразделения.

Показано изображение паровой машины, разработанной совместно Джеймсом Ваттом для откачки воды из затопленных угольных шахт в Англии.

Ватт — это один джоуль энергии, затрачиваемый за секунду. Таким образом, ватт включает в себя как затраченную энергию, так и время, в течение которого она была затрачена.По аналогии, вы можете получить один галлон воды из капающего крана за час или из открытого крана за 15 секунд. В конце концов, вы все равно получите галлон воды, но во втором случае вода течет в ведро намного быстрее. Так что аспект времени важен. Мы используем термин мощность для обозначения количества энергии и скорости ее доставки. Джоуль — это член энергии, а ватт — член мощности.

Насколько велик ватт мощности? Подбрасывание 100 г яблока вверх на 1 м (3.3 фута) потребляет 1 ватт мощности. Ноутбук, который вы, возможно, используете для чтения, потребляет около 5 & acirc; & # 128; & # 147; 50 ватт, в зависимости от того, работает ли у вас в фоновом режиме музыка или работают другие приложения. Старомодная лампа накаливания мощностью 100 Вт потребляет 1 киловатт-час электроэнергии, если оставить ее включенной на 10 часов. Киловатт — это 1000 ватт, сокращенно кВт. 10 часов x 100 Вт = 1000 кВтч. Обратите внимание на разницу между кВт и кВтч. КВт — это мера мощности, а кВтч — мера того, сколько энергии было использовано в целом.

Происхождение: Эван-Амос автор изображения
Повторное использование: Лицо, связавшее произведение с этим документом, посвятило произведение общественному достоянию, отказавшись от всех своих прав на произведение во всем мире в соответствии с законом об авторском праве, включая все смежные и смежные права в пределах, разрешенных законом. Вы можете копировать, изменять, распространять и выполнять работу даже в коммерческих целях, не спрашивая разрешения

Вот пример. В моем доме есть фотоэлектрическая система (солнечная электроэнергия), которая в идеальных условиях приятного солнечного прохладного дня рассчитана на выработку 4 кВт.За 4 часа это составит:

4 кВт x 4 часа = 16 кВт · ч электроэнергии. В частично облачный день система может работать на половинной мощности или на 2 кВт выходной мощности. При такой скорости мне потребуется 8 часов, чтобы выработать те же 16 кВт · ч, что я сделал в солнечный день; 2кВт x 8 часов = 16 кВтч.

В состоянии покоя типичный человек использует энергию 80 Вт для обеспечения жизненных функций организма (так называемый метаболизм в состоянии покоя). Взрослый мужчина может съедать около 2000 килокалорий в день. Одна ккал = 1,163 Вт · ч. Таким образом, диета на 2000 ккал обеспечит 2326 Втч или 2 Втч.326 кВтч. Если бы человек просто пролежал в постели 24 часа, он бы сжег 80 Вт x 24 часа = 1920 Вт · ч или 1 920 кВт · ч. Если этот парень останется в постели и продолжит так есть, он в конечном итоге потребляет 2,326 кВтч & acirc; & # 128; & # 147; 1,920 кВтч = 0,406 кВтч больше, чем он использует, и это будет храниться в виде жира. Фунт жира равен примерно 3500 ккал (4 070,5 кВтч). Так что через десять дней он может прибавить фунт лишнего. Активная поездка на велосипеде использует энергию в размере 200 Вт. Поэтому ему следует подумать о двухчасовой поездке на велосипеде, чтобы оставаться в форме (0.2 кВт для езды на велосипеде x 2 часа = 4,0 кВтч).

Сводка силы, работы и мощности

Сила = Энергия, приложенная к объекту (измеряется в ньютонах).

Работа = Сила X Расстояние или количество переданного тепла (Измеряется в Джоулях или калориях) .

Мощность = Работа / время (измеряется в ваттах с)

Различных единиц энергии

1 калория (термохимическая) = 4.184 Дж

1 британская тепловая единица = 251,9958 калорий

1 БТЕ (термохимический) = 1054,35 Дж

1 киловатт-час (кВтч) = 3,6 x 106 Дж

1 киловатт-час (кВтч) = 3412 британских тепловых единиц (IT)

1 терм = 100 000 британских тепловых единиц

1 электрон-вольт = 1,6022 x 10-19 Дж

Электричество и магнетизм

Происхождение: Chatama размещено на Викискладе https://commons.wikimedia.org/wiki/File:600V_CV_5.5sqmm.jpg
Повторное использование: Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Непортированная лицензия. Вы можете: делиться — копировать, распространять и передавать произведение для ремикса — адаптировать произведение При следующих условиях: приписывание — вы должны атрибутировать произведение способом, указанным автором или лицензиаром (но ни в коем случае, чтобы предполагает, что они одобряют вас или ваше использование произведения). совместно использовать — если вы изменяете, трансформируете или расширяете эту работу, вы можете распространять полученную работу только по той же или аналогичной лицензии, что и эта.

Напомним, что вся материя состоит из атомов.А атомы состоят из нескольких основных частиц: электронов с отрицательным зарядом, протонов с положительным зарядом и нейтронов без заряда. Электричество можно представить как поток электронов через проводник, подобный медному проводу. На самом деле это не поток электронов, а импульс, который проходит по проводу.

Хорошие проводники, как и металлы, легко пропускают электричество. У них есть электроны на внешних орбиталях, с которыми легко вступить в контакт. Плохие проводники называются изоляторами, и они не пропускают беспрепятственный ток электричества.Даже самые лучшие проводники оказывают некоторое сопротивление току электричества. Такое сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом. Стекло — хороший изолятор и, следовательно, плохой проводник.

Третий класс соединений — полупроводники. Они реагируют на изменение условий, чтобы включить или выключить подачу электричества. Полупроводники часто содержат смесь кремния и металлов. Пластины из этих полупроводников лежат в основе «микросхем» компьютера, а также являются основой для светодиодных ламп и фотоэлектрических (солнечных) элементов.

Происхождение: Фото Б. Кукера
Повторное использование: бесплатно для повторного использования

Для подачи электричества должна быть замкнутая цепь. Электроны должны начинать с состояния с высокой энергией и заканчиваться в состоянии с низкой энергией. Ниже представлена ​​схема простой схемы. Обратите внимание, что электричество течет от высокоэнергетического конца батареи через лампу, а затем обратно к низкоэнергетическому концу батареи.Когда выключатель разомкнут, подача электричества прекращается.

Об электричестве просто думать как об электроне (или импульсе размером с электрон), протекающем по проводнику. Но на практике один электрон слишком мал и несет слишком мало энергии, чтобы выполнять какую-либо реальную работу. Однако групповые потоки электронов могут вызвать сильный толчок! Кулон равен 6,24 × 10 ¹⁸ электронов. А amp — это поток в один кулон в секунду через проводник. Таким образом, ампер измеряет скорость потока электричества.Мы называем поток электричества током.

Не все электричество течет с одинаковой силой. Чтобы понять это, подумайте о давлении или силе воды, выходящей из трубы. Если труба прикреплена к резервуару наверху высокого здания, вода будет иметь гораздо большее давление, чем если бы резервуар был на 30 см выше трубы. То же самое и с электричеством. «Давление» электричества — это электрический потенциал. Электрический потенциал — это количество энергии, доступное для проталкивания каждой единицы заряда через электрическую цепь.Единицей измерения электрического потенциала является вольт. Вольт равен джоуля на кулон. Таким образом, если автомобильный аккумулятор имеет электрический потенциал 12 вольт, он может обеспечить 12 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который он подает на стартер. Точно так же, если розетка в вашем доме имеет электрический потенциал 120 вольт, то она может обеспечить 120 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который доставляется к устройству, подключенному к стене. (Примечание: величина «электрический потенциал» иногда называется несколькими разными именами, включая напряжение, разность потенциалов и электродвижущую силу.Для ясности мы всегда будем ссылаться на электрический потенциал, который измеряется в вольтах). Электроны высокого напряжения возвращаются в «основное состояние» с большей энергией, чем электроны низкого напряжения.

A В — это сила, необходимая для перемещения одного ампер через проводник с сопротивлением 1 Ом .

Вы думаете: «Кажется, существует связь между усилителями, вольтами и омами» & acirc; & # 128; & # 148; и ты прав! Электрический потенциал = ток x сопротивление.Это закон Ома, который обычно записывается как: E = I x R . E — электрический потенциал, измеренный в вольтах, I — ток, измеренный в амперах, а R — сопротивление, измеренное в омах.

Электроны, проходящие через сопротивление проволоки, совершают работу. Действительно полезны два вида работы, выполняемой током. Если в проводе имеется большое сопротивление, большая часть работы будет выполняться в виде тепла. Подумайте об электрическом тостере, феном или обогревателе.

Второй действительно важный вид работы, выполняемой током, протекающим через провод, — это создание магнитного поля.Надеюсь, в детстве вы играли с постоянными магнитами. Вы знаете, что у магнитов два полюса, один называется северным, а другой — южным. Это название связано с использованием магнитов в компасах для определения направления. Вы знаете, что одинаковые концы магнитов отталкиваются друг от друга, а противоположные концы притягиваются. Теперь, когда электрический ток течет по проводу, он становится похож на магнит в том смысле, что у него есть магнитное поле. Однако, в отличие от постоянных магнитов, магнитное поле можно отключить, остановив ток.Это свойство лежит в основе работы электродвигателей. Ток, проходящий через обмотки проводов в электродвигателе, вызывает включение магнетизма. Затем это заставляет двигатели вращаться, притягиваясь и толкаясь притяжением и отталкиванием электромагнитов.

Работа, совершаемая током с течением времени, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах. Но вы это уже знаете! Напомним, что выше вы узнали, что обычный человек в состоянии покоя сжигает 80 Вт.

На электричество;

1 Ватт = 1 А x 1 Вольт.

Уравнение можно переформулировать для расчета производимого тока;

1 ампер = 1 Вт / 1 объем т.

Подводя итоги.

Ампер измеряет количество электричества, протекающего с течением времени (ток).

Ом измерьте сопротивление потоку.

Вольт измеряет количество энергии, доступной для проталкивания каждого заряда блока.

Ватт — это мера мощности или работы, которая выполняется с течением времени.

Вы знаете, что закон Ома устанавливает взаимосвязь между E, I и R. Но сколько работы выполняется? Это выражается как Сила. Мощность = Электрический потенциал x Ток, или P = E x I. Эта формула указывает на то, что мощность зависит как от количества поставляемой электроэнергии, так и от силы, стоящей за ней. Например, небольшая солнечная панель может выдавать 18 вольт и 2 ампера. Его мощность составит 18 вольт x 2 ампера = 36 ватт. Теперь можно построить еще одну солнечную панель, чтобы производить 9 вольт и 4 ампер.Его мощность составит 9 вольт х 4 ампера = 36 ватт. Так же, как и другой!

Цепи

Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей при условии, что вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей при условии, что вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Оборудование, производящее и использующее электричество, подключено в электрическую цепь.Оборудование может быть установлено как последовательно, так и параллельно. Посмотрите на схемы ниже, чтобы увидеть последствия использования последовательной и параллельной схем. Для фотоэлектрических (PV) элементов каждая ячейка может производить только около 0,6 вольт. Поскольку для большинства приложений требуется более высокое напряжение, фотоэлементы должны быть подключены последовательно для получения желаемых результатов.

Происхождение: Бенджамин Кукер, Хэмптонский университет
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ под аналогичной лицензией.

Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей при условии, что вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Электродвигатели и генераторы

Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей при условии, что вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Происхождение: Оригинальное фото Джины Клиффорд: https://www.flickr.com/photos/cobalt_grrl/2256696466
Повторное использование: Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0) Бесплатно: Совместное использование — копирование и распространение материал на любом носителе или в любом формате. Адаптировать — ремикшировать, преобразовывать и дополнять материал для любых целей, даже для коммерческих целей.

На схемах ниже показано, как работает электродвигатель. Обратите внимание, что при каждом половинном обороте контакты в коммутаторе меняют направление тока, чтобы двигатель вращался в том же направлении.

Происхождение: Изображения созданы или предоставлены для изучения этого материала.com защищены авторским правом © Chris Woodford (Объясните, что stuff.com) и опубликованы под этой лицензией Creative Commons. http://www.explainthatstuff.com/electricmotors.html
Повторное использование: Per Creative Commons License: Share — копирование и распространение материала на любом носителе или любом формате. Адаптация — ремикс, преобразование и создание материала

Происхождение: Создано Авинашем Синха как оригинальный DIY-файл по лицензии Creative Commons на следующем веб-сайте: http: // www.Instructables.com/file/FW079IPGGC2UDG3/
Повторное использование: При лицензировании CC разрешено следующее: Совместное использование — копирование и распространение материала на любом носителе или любом формате. Адаптация — ремикс, преобразование и построение материала на основе

Происхождение: Изображение с www.alternative-energy-tutorials.com, используется с разрешения
Повторное использование: Все учебные пособия и материалы, опубликованные и представленные на веб-сайте учебных пособий по альтернативным источникам энергии, включая текст, графику и изображения, являются собственностью авторских прав или аналогичных права Учебников по альтернативной энергии, представляющих www.Alternative-energy-tutorials.com, если прямо не указано иное. Согласно веб-мастеру AET: Как вы любезно спросили, я не возражаю против того, чтобы вы использовали это изображение как часть своего веб-курса по энергетике бесплатно. Тем не менее, я должен попросить вас правильно ссылаться на мои учебные пособия, изображения и сайт: www.alternative-energy-tutorials.com соответственно в своих презентациях.

Электроэнергия переменного и постоянного тока

Происхождение: Автор: Федеральное управление гражданской авиации http://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aircraft/amt_handbook/media/FAA-8083-30_Ch20.pdf
Повторное использование: Это изображение или файл является произведением Сотрудник Федерального управления гражданской авиации, взятый на работу или привлеченный к исполнению служебных обязанностей.Это произведение федерального правительства США, изображение находится в общественном достоянии Соединенных Штатов.

Выходной сигнал генератора переменного тока создает синусоидальную волну при скачках напряжения в цепи.Реверсирование тока происходит быстро. В Соединенных Штатах стандарт для электросети составляет 60 Гц (переключение вперед и назад 60 раз в секунду).

Provenance: Booyabazooka в английской Википедии
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Короткое видео о разнице между генераторами и двигателями постоянного и переменного тока

Преимущество использования переменного тока заключается в том, что можно легко повышать или понижать напряжение в различных частях сети системы доставки. Это делают трансформаторы. Трансформатор состоит из двух расположенных бок о бок катушек, большой и малой.Обе катушки имеют общий железный сердечник. Переменный ток, проходящий через небольшую первичную катушку, за счет магнитной индукции создает ток более высокого напряжения в большей вторичной катушке. И обратное также верно: если первичная обмотка больше, вторичная обмотка меньшего размера будет иметь более низкое выходное напряжение.

Происхождение: BillC в англоязычной Википедии
Повторное использование: Выпущено под лицензией GNU Free Documentation License.

Переключение между переменным и постоянным током

Происхождение: Фотография сделана Б.Cuker
Повторное использование: Без копирования, можно использовать для любых целей.

также могут использоваться для преобразования постоянного тока в переменный. Такие устройства позволяют использовать 12 В постоянного тока автомобиля для питания портативного компьютера. Дома, которые используют фотоэлектрические панели для использования солнечной энергии для производства электроэнергии, также должны преобразовывать свою выработку в соответствии с переменным током, если системы подключены к электросети.

Оба типа инверторов используют электронные схемы для перехода на электричество.Теория их действия выходит за рамки этого основного устройства. Но вы должны знать, что силовые инверторы подчиняются второму закону термодинамики. Таким образом, в процессе преобразования энергия теряется на тепло. Но современные инверторы могут достигать КПД 95%.

Показан силовой инвертор, который преобразует постоянный ток солнечных панелей в переменный ток для фотоэлектрической системы, подключенной к сети.

Хранение и производство электроэнергии с помощью батарей

Provenance: Ohiostandard в английской Википедии — перенесено с en.wikipedia в Commons от Burpelson AFB с использованием CommonsHelper.
Повторное использование: Разрешено копировать, распространять и / или изменять этот документ в соответствии с условиями лицензии GNU Free Documentation License версии 1.2 или любой более поздней версии, опубликованной Free Software Foundation; без неизменяемых разделов, без текстов на лицевой обложке и без текстов на задней обложке. Копия лицензии включена в раздел под названием GNU Free Documentation License.

В перезаряжаемой батарее реакции на аноде и катоде можно обратить вспять, используя электрическую энергию для подачи тока, который толкает электроны в противоположном направлении — от катода к аноду. Это восстанавливает исходное состояние двух электродов. Ваш портативный компьютер, мобильный телефон и автомобильный аккумулятор — все это примеры аккумуляторных батарей.В современных батареях используются комбинации различных типов металлов и соединений оксидов металлов, образованные из элементов, в том числе углерода, кадмия, кобальта, лития, марганца, никеля, свинца и цинка для повышения производительности.

Происхождение: Тереза ​​Кнотт из Викимедиа: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lemon_battery.png
Повторное использование: Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.Вы можете: делиться — копировать, распространять и передавать произведение для ремикса — адаптировать произведение При следующих условиях: приписывание — вы должны атрибутировать произведение способом, указанным автором или лицензиаром (но ни в коем случае, чтобы предполагает, что они одобряют вас или ваше использование произведения). совместно использовать — если вы изменяете, трансформируете или расширяете эту работу, вы можете распространять полученную работу только по той же или аналогичной лицензии, что и эта.

Exercises Exercises для модуля 1 (Microsoft Word 2007 (.docx) 17kB Jul12 17)

1. Создайте цепь, используя две последовательно соединенные батареи и лампочку. Используйте цифровой мультиметр (DMM) для измерения электрического потенциала в вольтах между положительной и отрицательной клеммами в цепи. Теперь добавьте в цепь вторую лампочку последовательно с первой. Какая яркость каждой лампочки сравнивается с яркостью, когда в цепи была только одна лампочка? С помощью вольтметра измерьте напряжение между положительной клеммой аккумулятора и проводом сразу после первой лампочки, а затем сразу после второй лампочки.Запишите результаты. Теперь создайте цепь с двумя параллельными лампочками. Запишите яркость и напряжение на каждой лампочке.

Объясните свои результаты.

Простая схема с одной лампочкой

Цепь с двумя последовательно включенными лампами

Цепь с двумя параллельными лампами

2.Сделайте пять магнитов для выборщиков, каждый с проволокой разной длины, намотанной вокруг железных гвоздей: 10 см, 20 см, 30 см, 40 см и 50 см. В каждом случае на каждом конце провода должно быть по 10 см, чтобы его можно было подключить к батарее. Таким образом, катушка «10 см» будет фактически сделана из проволоки длиной 30 см и так далее. Подключите каждый магнит к батарее и прикрепите как можно больше канцелярских скрепок к магнитной цепочке с кончика ногтя. Запишите максимальное количество скрепок в каждом случае. Затем нарисуйте график зависимости максимального количества удерживаемых скрепок от длины провода, из которого сделаны обмотки.Объясните, почему график выглядит именно так.

3. Соберите простой двигатель из предоставленного набора. Обязательно обратите внимание на инструкции по удалению изоляции на противоположных сторонах провода, который контактирует с зажимами аккумулятора.Как только вы заставите свой мотор вращаться, проведите следующие эксперименты.

а. Обратите внимание на направление вращения двигателя. Можете ли вы заставить его пойти в обратном направлении? Объяснять.

г. Теперь снимите магнит и переверните. Затем перезапустите мотор. Поворачивает ли он в том же направлении, что и раньше? Почему?

г. Теперь переверните аккумулятор и перезапустите двигатель. Направление вращения осталось прежним? Объяснить, почему.

г. Подумайте об электродвигателе как о системе.Определите источник энергии и ее судьбу во вращающейся двигательной системе. В своем ответе используйте следующие термины: электрохимическая энергия, кинетическая энергия (энергия движения) и тепло. Нарисуйте созданную вами схему для запуска электродвигателя. Наденьте шляпу системного мышления.

• Определите каждый компонент системы.
• Отследите поток энергии в системе. Обязательно покажите, где он переходит от электрического тока к магнитной энергии, кинетической энергии и теплу.
• Сделайте снимок диаграммы и включите его в свой отчет.

Является ли электродвигатель закрытой системой (вся энергия остается в системе) или это открытая система (некоторый обмен энергией с окружающей средой)?

4. Из кусочка цитрусовых сделайте батарейку. Положите медный пенни с одной стороны фрукта и стальную скрепку с другой стороны. Измерьте напряжение с помощью цифрового мультиметра. Запишите результат: ______.

Теперь попробуйте использовать фруктовый аккумулятор, чтобы зажечь светодиодную лампочку.Это работает? Объясните, что создает электричество.

Ссылки

Электромагниты и закон Фарадея

Электродвигатель и генератор

Асинхронный двигатель переменного тока

Трансформаторы

Преобразователи переменного / постоянного тока

Как работают аккумуляторы

Интегралы в электрических цепях

Производные и интегралы широко используются для описания переходных процессов в электрических цепях. t {I \ left (s \ right) ds}, \]

, где \ (C \) — значение емкости, \ (s \) — внутренняя переменная интегрирования.{- \ frac {t} {{RC}}}}. \]

Постоянная времени \ (\ tau = RC \) здесь определяет, насколько быстро происходит переходный процесс в цепи.

RL Схема

В простой цепи RL последовательно соединены резистор и катушка индуктивности.

Когда переключатель в момент времени \ (t = 0 \) замкнут, применяется постоянная ЭДС \ (\ varepsilon \), и ток \ (I \) начинает течь по цепи.

Как и в предыдущем разделе, напряжение на резисторе равно

\ [{V_R} \ left (t \ right) = I \ left (t \ right) R.\]

Напряжение на катушке индуктивности выражается производной

\ [{V_L} \ left (t \ right) = L \ frac {{dI}} {{dt}}. \]

Так, по КВЛ,

\ [{V_R} \ left (t \ right) + {V_L} \ left (t \ right) = \ varepsilon, \]

или

\ [RI \ left (t \ right) + L \ frac {{dI}} {{dt}} = \ varepsilon. {- \ frac {R} {L} t}}} \ right).\]

Мы видим, что постоянная времени для цепи RL определяется выражением \ (\ tau = \ large {\ frac {L} {R}} \ normalsize. \)

Мощность и энергия

Электрическая энергия \ (E, \), измеряемая в джоулях (Дж), представляет собой форму энергии, которая возникает из кинетической или потенциальной энергии, которой обладают электрические заряды.

Электрическая мощность \ (P, \), измеряемая в ваттах (Вт), представляет собой скорость, с которой электрическая энергия передается по электрической цепи.

Мощность, рассеиваемая в элементе цепи постоянного тока \ (\ left ({DC} \ right) \), определяется формулой

\ [P = VI, \]

где \ (V \) — напряжение на элементе, а \ (I \) — ток в цепи.t {V \ left (s \ right) I \ left (s \ right) ds}, \]

где \ (s \) — внутренняя переменная интегрирования.

Энергия, накопленная в конденсаторе

Перемещение небольшого заряда \ (dq \) с одной пластины конденсатора на другую требует работы

\ [dW = Vdq = \ frac {q} {C} dq, \]

где \ (C \) — емкость, а \ (q \) — текущий заряд конденсатора. 2}}} {2}.2} — 4, & t \ gt 3 \ end {case}, \] где ток \ (I \) измеряется в \ (A \), а время \ (t \) измеряется в \ ({сек}. \). Найдите общий заряд, попавший в элемент за время \ (T = 6 \, с. \)

Пример 2

Пример 3

Пример 4

Пример 6

Пример 7

Пример 2.

Таким образом, изменение температуры \ (\ Delta \ theta \) пропорционально квадрату текущей скорости \ (\ alpha \).

Пример 3.

Пример 7.

Использование идентичности произведения на сумму

\ [{\ sin \ alpha \ sin \ beta \ text {=}} \ kern0pt {\ frac {1} {2} \ left [{\ cos \ left ({\ alpha — \ beta} \ right) — \ cos \ left ({\ alpha + \ beta} \ right)} \ right],} \]

подынтегральное выражение можно переписать в виде

\ [{\ sin \ left ({\ frac {{2 \ pi t}} {T} + \ theta} \ right) \ sin \ left ({\ frac {{2 \ pi t}} {T}}) \ right)} = {\ frac {1} {2} \ left [{\ cos \ left ({- \ theta} \ right) — \ cos \ left ({\ frac {{4 \ pi t}}} {T } + \ theta} \ right)} \ right]} = {\ frac {1} {2} \ left [{\ cos \ theta — \ cos \ left ({\ frac {{4 \ pi t}} {T } + \ theta} \ right)} \ right].T} = {\ frac {{{I_0} {V_0}}} {2} \ left [{\ cos \ theta — \ underbrace {\ frac {{\ sin \ left ({4 \ pi + \ theta} \ right ) — \ sin \ theta}} {{4 \ pi}}} _ 0} \ right]} = {\ frac {{{I_0} {V_0} \ cos \ theta}} {2}.} \]

Как видите, максимальная средняя мощность достигается при \ (\ theta = 0: \)

\ [{{\ bar P} _ {\ max}} = \ frac {{{I_0} {V_0}}} {2}. \]

Пример 8.

Решение.

Сопротивление \ (R \) цепи изменяется по закону

\ [R \ left (t \ right) = {R_0} + \ alpha t. \]

По закону Ома,

\ [I \ left (t \ right) = \ frac {\ varepsilon} {{R \ left (t \ right)}} = \ frac {\ varepsilon} {{{R_0} + \ alpha t}}. \ ]

Чтобы найти заряд \ (Q, \), мы интегрируем ток \ (I \ left (t \ right) \) за интервал времени \ (\ left [{0, T} \ right], \), где \ ( T = 1 \, min = 60 \, с.T} = {\ frac {\ varepsilon} {\ alpha} \ left [{\ ln \ left ({{R_0} + \ alpha T} \ right) — \ ln {R_0}} \ right]} = {\ frac {\ varepsilon} {\ alpha} \ ln \ frac {{{R_0} + \ alpha T}} {{{R_0}}}} = {\ frac {\ varepsilon} {\ alpha} \ ln \ left ({1 + \ frac {{\ alpha T}} {{{R_0}}}} \ right).} \]

Подставив указанные значения, получаем

\ [{Q = \ frac {\ varepsilon} {\ alpha} \ ln \ left ({1 + \ frac {{\ alpha T}} {{{R_0}}}} \ right)} = {\ frac { {100}} {1} \ ln \ left ({1 + \ frac {{1 \ times 60}} {{20}}} \ right)} \ приблизительно {138.6 \, C} \]

Расчет энергии и мощности в электрических цепях — Видео и стенограмма урока

Энергия и мощность

Когда вы включаете эти электрические цепи, вы можете увидеть их энергию и мощность в действии. Когда вы щелкаете выключателем света в своей комнате, вы видите, как ваш свет становится ярким и начинает излучать свет. Когда вы включаете телевизор, вы видите, что экран на нем включается, и вы можете видеть различные телевизионные программы, которые вам предлагают местные поставщики услуг телевидения.Когда вы включаете компьютер, вы видите, что ваш монитор включается, а затем вы можете использовать на нем все виды компьютерных программ. Когда вы включаете свой мобильный телефон, вы можете звонить и писать текстовые сообщения своим друзьям и семье

Откуда эта сила и энергия? Он поступает либо от батарей, либо от вашего поставщика электроэнергии. Поскольку мы имеем дело с электрическими цепями, мы также имеем дело с электроэнергией. Мы определяем электрическая мощность как скорость, с которой цепь использует электрическую энергию.Электрическая энергия — это заряд батареи или электростанции. Есть два способа рассчитать эту мощность. Мы можем использовать либо напряжение, либо сопротивление цепи.

Использование напряжения

Чтобы использовать напряжение цепи, мы можем использовать эту формулу для расчета мощности:

P = В * I

У нас есть эта мощность равна напряжению цепь умножает на ток I цепи. Когда наша единица измерения напряжения — вольты ( В, ), а единица измерения тока — амперы или, для краткости, амперы ( A ), тогда мы должны умножить их вместе, чтобы получить ватт ( Вт, ), стандартная единица измерения. власти.Предположим, у нас есть две 2,5-вольтовые батареи, соединенные вместе, чтобы получить 5 вольт. Если мы пропустим через него ток 0,5 ампера, мы получим мощность:

P = 5 В * 0,5 A = 2,5 Вт

Вы можете запитать часы мощностью 2,5 Вт.

Использование сопротивления

Другой способ рассчитать мощность — использовать величину сопротивления в цепи. Фактически вы можете преобразовать формулу мощности с напряжением в формулу мощности с сопротивлением, используя закон Ома, который говорит вам, что В = I * R (напряжение равно току, умноженному на сопротивление).2/192 Ом = 14400/192 = 75 Вт

Этого достаточно для питания швейной машины.

Резюме урока

Давайте рассмотрим то, что мы узнали.