Основные сведения о мощности электрического тока

Мощность электрического тока: определение, формулы, единицы измерения, обозначение

В этой статье мы расскажем вам, что представляет собой мощность электрического тока и как её можно рассчитать.

Определение.

Мощность электрического тока (обозначается буквой P) — это физическая величина, определяемая как количество работы, которая совершается источником электрического напряжения для переноса электрического заряда (q) по проводнику за единицу времени t.

Если сказать в целом, то мощность электрического тока показывает, сколько электрической энергии преобразуется за определенное время. Она, в том числе, описывает энергопотребление потребителя.

Формулы

На многих бытовых электроприёмниках есть этикетки с указанием мощности. Мощность (P) говорит о работе (A), выполняемой электроприбором в единицу времени (t). Поэтому, дабы отыскать среднюю мощность электрического тока, необходимо поделить его работу на время, то есть P = A / t.

Давайте рассмотрим, что такое мощность электрического тока. Для этого рассмотрим электрическую цепь (см. рисунок 1), состоящую из источника тока, проводов и какого-либо электроприёмника, которым может быть резистор, аккумулятор, электродвигатель и т.д.

Рекомендуемое электрическое напряжение также указывается на электрооборудовании. Как эти две величины связаны друг с другом? Из школьного курса физики мы знаем, что напряжение (U) между концами данного электроприёмника определяется следующим образом: U = A / q, где: A — работа, совершаемая источником электрического напряжения для переноса электрического заряда (q) по проводнику.

Величина электрического заряда рассчитывается по формуле: q = I * t

Имеем A = P * t; A = U*q, а q = I * t. После преобразования формул получаем: A = P*t = U*q = U*I*t

Отсюда следует (разделив обе стороны уравнения на t), что P = U*I. То есть мы можем сказать, что количество энергии, переданное от источника тока к резистору определяется по формуле: P = U * I

Из этой формулы можно найти, что U = P / I , I = P / U.

Согласно закону Ома для участка цепи I = U/R, где R — электрическое сопротивление участка цепи. Потому из формулы P = U*I следуют две другие формулы для мощности электрического тока, то есть P = U 2 /R, P = I 2 R.

Формулу P = I 2 R комфортно применять для электрических цепей с последовательным соединением проводников, потому что сила электрического тока при таком соединении в проводниках одинакова.

Для параллельно соединенных проводников работу и мощность удобнее выражать через одинаковое для их электрическое напряжение, исключая силу электрического тока, т.е. лучше применять формулу P = U 2 /R.

Если электроприборы соединены последовательно либо параллельно, их электрическая мощность суммируется. В данном случае для расчета полной мощности употребляется такая формула:

Pобщ = P1 + P2 + … + Pn, где P1 , P2 , … — мощность отдельно взятых электроприёмников.

Единицы измерения и обозначение

Единицей измерения мощности в Международной системе единиц (СИ), является ватт. При этом русское обозначение: Вт, международное: W). 1 Вт = 1 Дж/c. Из формулы P = U*I следует, что: 1 ватт = 1 вольт * 1 ампер, или 1 Вт = 1 В*А.

Есть также единицы измерения мощности, кратные ваттам: гектаватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт). Другими словами 1 гВт = 100 Вт, 1 кВт = 1000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.

Единицы мощности, применяемые в электротехнике, кратны ватту: микроватт (мкВт), милливатт (мВт), гектоватт (гВт), киловатт (кВт) и мегаватт (МВт). Другими словами, 1 мкВт = 1*10 -6 Вт, 1 мВт = 1*10 -3 Вт, 1 гВт = 1*10 2 Вт, 1 кВт = 1*10 3 Вт, 1 МВт = 1*10 6 Вт.

Каждый электроприбор имеет определенную мощность (указана на приборе). Вот типовые значения мощности для некоторых электроприборов.

Прибор Мощность, Вт
Телевизор в режиме ожидания 0,5
Лампа карманного фонарика Около 1
Лампы накаливания 25-150
Холодильник 160
Электронагреватель 500-2000
Пылесос До 1300-1800
Электрочайник Около 2000
Утюг 1200-2200
Стиральная машина До 2300

Раньше для обозначения мощности использовалась единица измерения — лошадиная сила (л.с.), которая известна и сейчас. Переведите из лошадиных сил в ватты, используя выражение: 1 л.с. = 735.5 Вт.

Пример расчета мощности электрического тока

В конце концов, вы сможете проверить свои познания на 2-ух обычных примерах.

Представьте, что в первой задачке у вас есть резистор R = 50 Ом, через который течет электрический ток I = 0,3А. Какая электрическая мощность преобразуется в этом резисторе?

Вы можете отыскать решение, найдя соответствующую формулу и подставив в нее заданные значения. То есть у нас получается: P = I 2 R = 0,3 2 * 50 = 4,5 Вт

Во второй задаче дан резистор R, электрическое сопротивление которого 700 Ом. В техническом описании указано, что максимальная мощность этого резистора составляет 10 Вт. Насколько высоким может быть напряжение, подаваемое на этот резистор?

Для решения этой задачки подбираем подходящую формулу: P = U 2 /R, откуда мы находим Umax = Pmax * R = 700 * 10 = 83,67 В.

Это означает, что максимальное напряжение может составлять 83,67 В. Чтобы подстраховаться, следует выбирать электрическое напряжение значительно ниже этого предела.

Более подробно о том как можно находить мощность электрического тока я писал в статье: https://www.asutpp.ru/kak-nayti-moschnost.html

Измерение мощности электрического тока

Вы сможете измерить силу электрического тока при помощи вольтметра и амперметра. Чтобы высчитать нужную мощность, помножьте электрическое напряжение на силу тока. Электрический ток и напряжение можно найти по показаниям приборов.

Рис. 2. Измерение мощности электрического тока

Помните, что вы всегда должны определять электрическое напряжение параллельно нагрузке и электрический ток последовательно.

Есть особые приборы – ваттметры, определяющие мощность электрического тока в цепи, которые, по сути, подменяют два устройства – амперметр и вольтметр.

Единицы измерения электрического тока, применяемые на практике

В паспортах потребителей электроэнергии – лампочки, плиты, электродвигатели – обычно указывают силу электрического тока в них. Исходя из мощности, найти работу электрического тока за данный промежуток времени довольно просто, нужно лишь использовать формулу A = P*t.

Читайте также:
Редуктор для мотоблока: самодельные понижающие скорость конструкции для сборки своими руками

Выразив мощность в ваттах, а время в секундах, мы получим работу в джоулях: 1 Вт = 1 Дж/с, где 1 Дж = 1 Вт*с.

Но эту единицу работы неудобно применять на практике, так как электроприёмники потребляют ее в течение долгих периодов времени, как, к примеру, в бытовых устройствах – в течение нескольких часов, в электропоездах – в течение нескольких часов либо даже суток, а расчет потребленной энергии по электросчетчику в большинстве случаев делается раз в месяц.

Потому при расчете работы тока либо затраченной и выработанной электроэнергии во всех этих случаях нужно переводить эти промежутки времени в секунды, что усложняет расчеты.

Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010. [2]

Потому на практике, при расчете работы электрического тока, более удобно выражать время в часах, а работу электрического тока не в джоулях, а в других единицах: например, ватт-час (Вт*ч), гектоватт*час (гВт*ч), киловатт-час (кВт*ч).

Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010. [2]

Будут верны следующие соотношения:

  • 1 Вт*ч = 3600 Дж;
  • 1 гВт*ч = 100 Вт*ч = 360 000 Дж;
  • 1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3 600 000 Дж.

Задача. Существует электрическая лампа, рассчитанная на ток в мощностью 100 ватт. Лампа работает в течение 6 часов каждый день. Нам нужно отыскать работу электрического тока за один месяц (30 дней) и стоимость потребленной электроэнергии, предполагая, что тариф составляет 500 копеек за один кВт/ч.

Запишем условие задачки и решим ее.

Входные данные: P = 100 Вт, t = 6 ч * 30 = 180 ч, тариф = 500 к / кВт*ч .

Решение задачи. Мы знаем, что A = P*t, потому получаем: A = 100 Вт*180 ч = 18 000 Вт*ч = 18 кВт*ч.

Мы рассчитываем стоимость так: Стоимость = 500 к / кВт*ч * 18 кВт*ч = 9000 копеек = 90 рублей.

Ответ: A = 18 кВт*ч, стоимость израсходованной электроэнергии = 90 рублей.

Связь мощности тока с действием тока в электрической цепи

Сравнение мощности тока с номинальной мощностью электрического прибора позволяет определить, насколько сильно нагружен в электрической цепи прибор. Если мощность тока меньше номинального, то действие тока не достаточно интенсивно или совсем не проявляется. Подключение мощного прибора к слабому источнику тока не вызывает в нем никаких действий. Приборы, рассчитанные на малую мощность работы тока, при подключении к источникам, создающим сильное поле, сгорают.

Основные сведения о мощности тока: в чем измеряют, формула нахождения

Что такое мощность электрического тока

Каждое физическое действие совершается под действием силы. С его помощью проложен определенный путь, значит работа сделана. С другой стороны, работа A, выполненная в данный момент времени t, будет значением мощности, выраженным формулой: N = A / t ( W = Д ж / с ) .

Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии конкретной системы. Одним из таких преобразований является сила электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. Сначала его подключают к электродвигателям и другим устройствам, совершающим полезные действия.

Текущая мощность связана одновременно с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, необходимую для перемещения 1 подвески. Ток (I) соответствует количеству подвесок, проходящих через 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует общей работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.

Из приведенной формулы силы тока видно, что мощность одинаково зависит от силы тока и напряжения. Отсюда следует, что одинаковое значение этого параметра может быть получено за счет большого тока и низкого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе.

Эта функция позволяет передавать электроэнергию на большие расстояния от источника к потребителям. Во время передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на подъемных и нисходящих подстанциях.

Есть два основных типа электроэнергии — активная и реактивная. В первом случае происходит необратимое преобразование мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии. Единицей измерения для этого является ватт. 1 В т = 1 В x 1 А . Более высокие значения – киловатты и мегаватты — используются в производстве и в повседневной жизни.

Под реактивной мощностью понимается такая электрическая нагрузка, которая возникает в устройствах из-за индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля. Для переменного тока это значение представляет собой произведение, выражаемое следующей формулой: Q = U x I x sin (угол).

Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q — реактивная мощность, измеренная в Вар (реактивный вольт-ампер). Эти расчеты помогают эффективно решить вопрос о том, как найти мощность электрического тока, а существующая для этого формула позволяет быстро выполнять расчеты.

Обе силы можно ясно увидеть на простом примере. Для изготовления нагревательных элементов трубчатого электронагревателя (ТЭНа) используется материал с высоким сопротивлением. Когда через него протекает ток, все электричество преобразуется в тепло. Этот пример очень точно показывает активную электрическую мощность.

Что касается электродвигателя, он имеет медную обмотку с индуктивностью, которая, в свою очередь, имеет эффект самоиндукции. Этот эффект приводит к частичному возврату электроэнергии обратно в сеть. Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением параметров напряжения и тока, что негативно сказывается на электрической сети в виде дополнительных перегрузок.

Конденсаторы обладают такими же свойствами из-за их электрической емкости при возврате накопленного заряда. Здесь также значения тока и напряжения изменяются, только в противоположном направлении. Эта энергия индуктивности и емкости со сдвигом фаз по отношению к значениям тока сети и есть реактивная электрическая мощность.

Читайте также:
Огуречник за два часа своими руками

Из-за противоположного влияния индуктивности и емкости по отношению к фазовому сдвигу может выполняться компенсация реактивной мощности, тем самым повышая эффективность и качество источника питания.

От чего зависит мощность тока

Сила тока, различных устройств и оборудования, зависит сразу от двух основных величин — тока и напряжения. Чем выше ток, тем выше значение мощности, либо с увеличением напряжения мощность также увеличивается. Если напряжение и ток увеличиваются одновременно, мощность электрического тока увеличивается как произведение обеих величин: N = I x U .

Очень часто возникает вопрос, а какая измеренная текущая мощность? Базовая единица измерения этой величины — 1 ватт (Вт). Таким образом, 1 ватт — это мощность устройства, потребляющего 1 ампер при 1 вольт. Лампочка от обычного фонарика, например, имеет аналогичную мощность.

Расчетное значение мощности позволяет точно определить потребляемую мощность. Для этого нужно взять продукт силы и времени. Сама формула выглядит так: W = I U t , где W — потребление энергии, IU продукта — мощность, а t — количество затраченного времени. Например, чем больше продолжает работать электродвигатель, тем больше работы он выполняет. Соответственно увеличивается и потребление электроэнергии.

Как определить мощность тока

Чтобы рассчитать ток в ваттах, умножьте ток в амперах на напряжение в вольтах. Сила электрического тока обозначается латинским символом P, тогда приведенное выше правило можно записать в виде математической формулы P = I × U ( 1 ) .

Воспользуемся этой формулой на практике. Необходимо рассчитать, сколько электрического тока необходимо для нагрева нити накала, если напряжение нити составляет 4 В, а ток нити – 75 м А . P = 0 , 075 А × 4 В = 0 , 3 В т .

Мощность электрического тока можно определить и другим способом. Например, мы знаем силу тока и сопротивление цепи, но неизвестно напряжение, тогда воспользуемся соотношением из закона Ома: U = I × R Подставим правую часть формулы (1) IR вместо напряжения U.

P = I × U = I × I R и л и P = I ² × R .

Рассмотрим пример расчета: какая мощность теряется в реостате с сопротивлением 5 Ом, если через него протекает ток 0,5 А. По формуле (2) вычисляем: P = I ² × R = 0 , 25 × 5 = 1 , 25 В т . Кроме того, мощность электрического тока может быть рассчитана, если напряжение и сопротивление известны, но величина тока неизвестна.

Для этого вместо текущего I в формуле заменяется соотношение U / R , и тогда формула принимает следующий вид: P = I × U = U ² / R ( 3 ) .

Разберем еще один практический пример по формуле. При падении напряжения 2,5 В на реостате с сопротивлением 5 Ом определяют мощность, потребляемую реостатом: P = U ² / R = ( 2 , 5 ) ² / 5 = 1 , 25 В т .

Выводы: чтобы найти мощность, вам нужно знать любые две величины из закона Ома. Мощность электрического тока равна части тока, генерируемой с течением времени. P = A / t

Формулы расчета мощности для однофазной и трехфазной схемы питания

В идеальном теоретическом случае трехфазная схема состоит из трех одинаковых однофазных цепей. На практике всегда есть какие-то отклонения. Но, в большинстве случаев при анализах ими пренебрегают.

Как работает резистор

У полностью резистивного резистора синусоиды тока и напряжения совпадают и направляются на каждый полупериод одинаковым образом. Поэтому их продукт, выражающий силу, всегда положителен.

Его значение в любой момент времени t называется мгновенным и обозначается строчной буквой p.

Среднее значение мощности за один период называется активной составляющей. Его график переменного тока имеет симметричный пакетный образец с максимальным значением Pm в центре каждого полупериода T / 2 .

Если взять половину его значения P m / 2 и провести прямую через один период T, мы получим прямоугольник с ординатой P.

Его площадь равна двум областям графиков активных составляющих любого полупериода. Если вы посмотрите на картинку повнимательнее, вы можете представить, что верхняя часть шприца срезана, перевернута и заполняет свободное пространство внизу.

Представление этого графика помогает запомнить, что на активном сопротивлении мощность постоянного и переменного тока рассчитывается по одной и той же формуле, она не меняет своего знака.

График текущих значений активной мощности переменного тока на резисторе имеет вид повторяющихся положительных волн. Но за один период они выполняют ту же работу, что и с цепями постоянного тока и напряжениями.

На резисторе не возникает никаких реактивных потерь.

Как работает индуктивность

Катушка обмотки накапливает энергию магнитного поля своими витками. Из-за процесса его накопления индуктивное реактивное сопротивление сдвигает вектор тока вперед на 90 градусов по отношению к напряжению, приложенному к комплексной плоскости.

Если мы умножим их текущие значения, мы получим значения мощности, меняющие знаки (направление) в каждом полупериоде за один период.

Частота изменения мощности на индуктивности вдвое превышает частоту ее составляющих: синусоид тока и напряжения. Он состоит из двух частей:

  • активный, отмечен индексом PL;
  • реактивный КЖ.

Реактивная часть индуктора образуется за счет постоянного обмена энергией между катушкой и используемым источником. На его значение влияет значение индуктивного сопротивления XL.

Как работает конденсатор

Емкость конденсатора постоянно накапливает заряд между своими обкладками. За счет этого происходит сдвиг вектора тока вперед на 90 градусов относительно приложенного напряжения.

График мгновенной мощности напоминает вид предыдущего, но начинается с отрицательной полуволны.

Как работает схема трехфазного электроснабжения

На ввод распределительного щита многоэтажного здания поступает трехфазное напряжение, вырабатываемое промышленными генераторами.

Например, когда активная мощность фазы В имеет выражением Рв=Uв×Iв×cosφ, то для всей трехфазной схемы она будет выражена следующей формулой:

Читайте также:
Прямой кухонный диван

Р = Р a + Р в + Р c

Если пометить фазное выражение буквой ф. например Pф, то можно записать:

P = 3 P ф = 3 U ф × I ф × cos φ

Аналогично будет вычисляться реактивная составляющая

Q = Q a + Q в + Q c

Q = 3 Q ф = 3 U ф × I ф × sin φ

Поскольку P и Q представляют величины катетов прямоугольного треугольника, то гипотенузу или полную составляющую можно вычислить как квадратный корень из суммы их квадратов.

Как учитывается трехфазная полная мощность

В энергосистеме, да и в частном доме, требуется анализировать подключенные нагрузки, равномерно распределять их по источникам напряжений.

С этой целью работают многочисленные конструкции измерительных приборов. На щитах управления подстанций расположены щитовые ваттметры и варметры, предназначенные для работы в разных долях кратности.

Примеры решения задач

Мощность электрического тока

Условие

Сопротивление нити накала электрической лампы составляет 400 Ом, а напряжение на нити равно 100 В. Какова мощность тока в лампе?

Решение

По определению, мощность тока на участке цепи равна работе, деленной на время, за которое она была совершена:

Подставим значения, и найдем мощность:

Ответ: 25 Вт.

Расчет мощности электрического тока

Условие

Два резистора соединены параллельно и последовательно. В каком из двух резисторов мощность тока больше (и во сколько раз) соответственно при параллельном и последовательном соединении?

Решение

1) При последовательном соединении сила тока в каждом резисторе одинакова, а мощность тока напрямую зависит от сопротивления резисторов:

Мощность тока в первом резисторе больше в 10 раз.

Ответ: В 10 раз больше во втором резисторе; в 10 раз больше в первом резисторе.

Электрическая мощность: что это такое и как ее рассчитать

Отправим материал на почту

  • Сила электрического тока через напряжение и ток
  • Чему равна нагрузка, определяемая через ток и сопротивление
  • Что это такое и как рассчитать нагрузку
  • Как определить максимальную нагрузку тока
  • Параметры электрических приборов
  • В чем измеряется?
  • От чего зависит нагрузка электрического тока
  • Мгновенная электрическая мощность вычисляем значение
  • Дифференциальные выражения для электрической мощности
  • Электрическая мощность цепь постоянного тока
  • Электрическая мощность цепь переменного тока
  • Энергия может быть двух видов реактивной и активной.
  • Реактивная мощность
  • Что такое мощность в электричестве
  • Мощность электрооборудования и неактивная мощность
  • Заключение

Обозначаемая на схемах буквой Р электрическая мощность – это физическая величина, которая характеризует скорость преобразования или передачи электроэнергии. Стандартное понятие – это усилие по перемещению электрического заряда по маршруту из точки F1 до точки F2.

Электрическая мощность прибора — ключевой параметр, благодаря которому определяется потенциальная возможность его функционирования в электрической сети. Используется для расчета схем и режима работы оборудования, чтобы обеспечить безопасность электросетей. Чем больше мощность прибора, тем быстрее выполняется ими нужное действие.

Сила электрического тока через напряжение и ток

Поскольку разница потенциалов, вычисляемая по формуле (F1-F2), определяет напряжение (U), нетрудно сделать вывод о том, что нельзя использовать соотношение, установленное законом Ома. Электрическая мощность (P) также квалифицируется силой тока (I) на конкретном участке линии. Финальное выражение: P = U х I.

Чему равна нагрузка, определяемая через ток и сопротивление

За счет простого преобразования определяется потребление электрической энергии по следующей формуле: P = I2 х R. Здесь показывается зависимость мощности от номинального значения резистора, присоединенного к линии элемента сети. Для полной цепи указываются сопротивление источника (внутреннее) и проводимость точки соединения.

Что это такое и как рассчитать нагрузку

Нагрузка электрического тока – величина, характеризующая его свойства. Показывает сколько энергии потребляется электрическими приборами. Измеряется мощность тока с помощью специального прибора – ваттметра.

Если последовательно подключить измерительный прибор, можно проверить силу тока. При параллельном присоединении определяется напряжение. Количество потребления схемы рассчитывается по формулам: P = I х U или P = U2/ R = I2 х R.

Электрическая нагрузка равняется напряжению на потребителе умноженному на величину тока, протекающего через него.

Формула указывает, какие измерения определяют этот параметр. Если нагрузка активная, меряется Ваттами, реактивная единица электрической мощности – ВА.

Как определить максимальную нагрузку тока

Полезная мощность показывает максимальное значение при ситуации, когда сопротивление нагрузки R сравнивается с таким же параметром внутри источника — r.

P max = E2 / 4r, где E — это движущая сила источника тока.

Для расчета предельной токовой нагрузки для электрического устройства нужно знать параметр номинальной нагрузки и напряжение переменного тока на входе. Технический паспорт прибора, руководство или эмблема содержат первый показатель.

Например, когда номинальный параметр бытовой техники (P) составляет 12 Вт, максимальная величина потребляемого тока при переменном напряжении составит для:

  • 120 В – I = 12/120 = 0,100 А или 100 мА.
  • 220 В – I = 12 / 220= 0,055A или 55 мА.

При необходимости, количество потребленной электроэнергии выражается через комплексную величину. С этой целью применяют базовые соотношения, импеданс используют вместо сопротивления.

Видео описание

Активная, реактивная и полная мощность. Что это такое, на примере наглядной аналогии.

Параметры электрических приборов

Каждую современную квартиру нужно оснащать электрическими приборами. Для их подключения к сети необходимо составить принципиальную схему, где согласованно друг с другом распределятся нагрузки, подключенные к отдельным линиям. Нужно встраивать автоматический выключатель на основании ПУЭ для недопущения аварийных случаев.

Вначале уточняются параметры электропроводки. Затем проверяются по схеме группы для подключения к сети бытовых электроприборов.

Стандартные характеристики электрической мощности потребления (Вт):

  • стационарный компьютер – 170-1 250;
  • жидкокристаллический телевизор – 120 – 265;
  • ноутбук – 40-280;
  • кондиционер – 1 200 – 2 500;
  • утюг – 450-1850.
Читайте также:
Проекты двухэтажных бань: удобство и комфорт

Для защиты сети необходим автомат, его выбираем с учетом всех существенных факторов.

Важно уделить внимание нагрузкам, имеющим повышенные параметры реактивной энергии.

В чем измеряется?

Единица измерения электрической мощности – Вт для России. По международным стандартам – W. Это энергия, предоставленная за единицу времени. Один Вт равен джоулю за 1 секунду (Дж/с). Причем джоуль – это единица электрической мощности, секунда – времени.

Для небольшого значения используют кратные приставки: «милли-», «микро-», для крупной величины – «мега-». Например: 5 800 Вт = 5,8 киловатт = 5,8 кВт.

При умножении 1 Киловатта на 1 час получается Киловатт-час (кВт х ч). Это единица измерения количества предоставленной абонентам электроэнергии. Применяется энергетическими предприятиями, которые владеют соответствующим оборудованием (генераторы и трансформаторные подстанции). На них вырабатывается и преобразуется произведенная электроэнергия, которая затем распределяется по потребителям.

Таким же образом энергетическая емкость батарей измеряется в единицах ампер-часов (А-ч). Переносные виды аккумуляторов энергии меряются миллиампер-часами (мА-ч).

Для единицы измерения Ватт по международным стандартам выделено буквенное обозначение W по имени Джеймса Уатта. Он впервые стал употреблять термин «лошадиная сила», являющая сегодня устаревшей единицей параметра Вт.

Показатели преобразования энергии:

  • лошадиные силы (HP) — 746 Вт;
  • кило Ватты (кВт) — 1×1000 Вт;
  • мегаватты (МВт) −1×1000000 Вт;
  • гигаватт (ГВт) — 1×1000000000 Вт.

Сегодня «лошадиная сила» применяется для указания второго показателя силы двигателя транспортных средств.

От чего зависит нагрузка электрического тока

Существующие линии электропроводки при передвижении электронов испытывают сопротивление, характеризующее потери напряжения. Схемы, где присутствует источник переменного тока, имеют одну особенность – ключевую роль здесь играет синусоидальное колебание электрических показателей.

Указанная далее информация позволит подобрать наилучший способ расчета с учетом фактических условий сети.

Мгновенная электрическая мощность: вычисляем значение

Этот показатель устанавливает мгновенные величины измеряемых данных. Ключевое определение рассмотрено с учетом того, что единичный простой заряд (q) перемещается за определенное время Δt. На выполнение конкретного действия затрачивается энергия электрического тока PF1-F2 = U/ Δt или (U/ Δt) х q = U х (q/ Δt). Формула учитывает движение q за период Δt. Поскольку ток по классическому определению равняется заряду, переходящему из F1 в F2 (I = q/ Δt), выводится финальное выражение: PF1-F2 = U х I.

Условно допуская, что очень маленький промежуток времени, получаем мгновенную мощность для части электрической цепи P(t) = U(t) х I(t). Такие же выводы можно сделать с учетом соответствующего параметра сопротивления: P (t) = (I (t))2 х R = (U(t))2/ R.

Дифференциальные выражения для электрической мощности

Действующие проводники имеют особенность – линия теряет энергию на единицу объема из-за наличия сопротивления внутри электрической цепи. Часть мощности тратится на нагрев проводов. Подобные моменты надо смотреть, учитывая плотность тока (j).

Удельный параметр нагрузки определяется по формуле: P уд = (j2) х R уд. Для упрощения оценки большей частью используют такую же проводимость. Ее значение обратно пропорциональная соответствующему параметру сопротивления.

Видео описание

Мощность тока электрического.

Электрическая мощность: цепь постоянного тока

Указанные ранее формулы показаны без корректирующих коэффициентов. Ими пользуются для того, чтобы рассчитать схему с присоединением к источнику постоянного тока. С помощью обыкновенного прибора – мультиметра при правильном положении переключателя устанавливается сопротивление нагрузки, подключенной к сети.

Электрическая мощность: цепь переменного тока

Для таких линий пользоваться формулами, определяющими мгновенные параметры, недопустимо, поскольку итоговый показатель меняется от минимального значения до максимального с частотой сети. Для типовой однофазной сети 220 В характерен синусоидальный сигнал 50 Гц. Разрешается применять простую формулу P = U х I при присоединении приборов, имеющих резистивные параметры:

  • ТЭН стиральных машин;
  • спирали инфракрасных обогревателей;
  • лампочки накаливания.

С помощью этой формулы устанавливается нагрузка.

Энергия может быть двух видов: реактивной и активной.

Активная – это истинная электрическая мощность, производит реальную работу в нагрузке, Вт показывает этот параметр. Она преобразует энергию в механическую, тепловую и иные разновидности.

Если включить мощную установку или конденсатор, внутри сети падает напряжение. Такие нагрузки создают колебательный контур, который получает энергию от источника питания. Полезные функции при этой ситуации выполняют лишь P акт составляющие. Активный показатель рассчитывают следующим способом:

  • U х I – постоянный ток (переменный при резистивной нагрузке);
  • U х I х cos fi – для однофазной линии 220 В;
  • U х √3 х cos fi = U х 1,7321 х cos fi – 3-х фазная сеть, U х √3 х 380V.

Бывают другие виды энергии, но об этом позже.

Реактивная мощность

Этот показатель показывает нагрузки, которые создаются в устройствах за счет колебания энергии электромагнитного поля.

Реактивная мощность, вне зависимости от отсутствия полезной работы, необходимо учитывать для правильной оценки ключевых данных сети. Кабели и провода, при прохождении по ним тока по любому направлению, нагреваются. Это происходит довольно циклично. Энергетические воздействия при высокой интенсивности:

  • повреждают кабельные жилы и защитную изоляцию;
  • способствуют возникновению короткого замыкания;
  • разрушают обмотки трансформаторов и приводов.

Реактивная мощность выражается как ВА (вольт-ампер) и рассчитывается умножением напряжения на силу тока и угол сдвига:

P р = U х I х sin fi.

При подключении нагрузки с емкостными параметрами, значение становится отрицательным, при индукционными – положительным. Поскольку меняются характеристики магнитного поля, единица измерения реактивной мощности ВА.

Если параметры полной электрической мощности показать векторами, возникает треугольник. Длина его сторон будет равняться количеству потребленной электроэнергии конкретной составляющей. Угол, расположенный между полной мощностью (P полн) и активной (ϕ), применяется для расчетов. Общее значение определяется выражением: P полн = √((P акт)2 + (P реакт)2).

Читайте также:
Приточная вентиляция: что это такое и как ее лучше устроить

Что такое мощность в электричестве

Напряжение – работа, выполняемая по передвижению единицы заряда. Ток – это количество перемещенных кулонов за 1 секунду. При умножении первого параметра на второй получается итоговый объем проделанной работы за 1 секунду.

Сила электричества – числовой измеритель тока, который характеризует его энергетические качества. Силовой показатель одинаково зависит от напряжения и токовой силы. А чем измеряется мощность тока? Для измерения этого параметра используется Ваттметр, таким же образом обозначается единица измерения – Вт (Ватт).

Применяя зависимость силового параметра от силы тока и напряжения, специалисты могут передавать электричество на дальние расстояния. Для этих целей энергия преобразуется на понижающих и повышающих ТП (трансформаторных подстанциях).

Мощность электрооборудования и неактивная мощность

Паспорта на оборудование содержат активную нагрузку – коэффициент мощности, являющийся важной характеристикой. Она показывает, насколько эффективно бытовой прибор потребляет электроэнергию.

Это число от −1 до 1, оно не бывает равным единице. Коэффициент этот зависит от вида нагрузки: C, L или R. Первые 2 негативно влияют на PF = cos φ системы. Если его параметр большой, ток, потребляемый приборами, увеличивается. Многие силовые нагрузки индуктивные, вынуждают ток отставать от напряжения.

В электрических АС-цепях сетях переменного тока возникает неактивная энергия. Она рассчитывается просто: квадратный корень из суммы (Pa2+Рr2). Если реактивная нагрузка нулевая, то пассивная равняется модулю |Pa|.

Наличие нелинейных искажений тока в электросетях вызвано несоблюдением направления, возникающего между U/I, поскольку энергия обладает импульсным характером. При нелинейных режимах увеличивается полная мощность тока (EP). Подобная нагрузка неактивная, потребляет Pr и энергию искажения тока. Единица измерения – как у обычной мощности Вт.

Видео описание

Работа и мощность электрического тока.

Заключение

Электрическая мощность – это усилие по передвижению заряда по определенному маршруту из точки F1 до точки F2. Благодаря ей определяется потенциал работы устройств в сети. Применяется для расчета схем и выбора режима работы приборов, чтобы электрическая сеть функционировала безопасно.

Мощность электрического тока

При подключении нагрузок необходимо учитывать энергетические возможности сети питания. Определенные ограничения принимают во внимание, выбирая подходящую проводку. Мощность тока – важнейший параметр, который применяют для решения разных практических задач в электротехнике.

Что такое мощность электрического тока

Классическое понятие обозначает работу по перемещению заряда из точки F1 в точку F2. Мощность – это количество использованной энергии. Данная величина определяется не только расстоянием. Определенное значение имеют параметры заряда.

Формула мощности электрического тока

Для практических расчетов неудобно пользоваться базовым определением. Ниже приведены формулы, которые помогут узнать потребление электричества с использованием стандартных параметров источника питания и паспортных данных подключенных устройств. При отсутствии этих сведений в сопроводительной документации можно получить необходимые данные на официальном сайте производителя либо с помощью специальных измерений.

Мощность электрического тока через напряжение и ток

Так как разница потенциалов (F1-F2) соответствует напряжению (U), несложно сделать вывод о допустимости применения соотношений, определенных в законе Ома. Мощность (P) дополнительно характеризуется силой тока (I) в определенном участке цепи. Итоговое выражение:

Обозначение мощности по международной системе СИ – ватты (Вт). Для маленьких и больших величин пользуются кратными приставками: «милли-», «микро-», «мега-» и другими. Несложно понять, как обозначается мощность:

5 800 Вт = 5,8 киловатт = 5,8 кВт.

Мощность электрического тока через напряжение и сопротивление

По аналогии с предыдущими рассуждениями можно выразить мощность следующим образом:

Чему равна мощность электрического тока через ток и сопротивление

Путем несложных преобразований определяют потребление энергии следующим образом:

В этом и предыдущем разделе показана зависимость мощности от номинала подключенного резистора. При рассмотрении полной цепи учитывают внутреннее сопротивление источника и проводимость соединений.

От чего зависит мощность тока

В реальных цепях перемещению электронов препятствует электрическое сопротивление, которое характеризует потери в проводнике. В схемах с источником переменного тока существенное значение приобретает синусоидальное изменение электрических параметров. Следующие данные помогут выбрать оптимальный метод расчета с учетом реальных условий.

Мгновенная электрическая мощность

В соответствии с названием, величину данного параметра определяют мгновенные значения измеряемых величин. Основное определение можно рассмотреть с учетом перемещения единичного элементарного заряда (q), которое выполняется за время Δt. На выполнение работы будет затрачена мощность эл тока PF1-F2 = U/ Δt или (U/ Δt) * q = U * (q/ Δt) c учетом перемещаемого заряда. Так как ток по стандартному определению равен заряду, который переходит из F1 в F2 (I = q/ Δt), несложно вывести итоговую формулу:

Принимая бесконечно малым интервал времени, можно получить соответствующее определение мощности для участка цепи:

Аналогичные выводы делают с учетом соответствующей величины сопротивления:

P (t) = (I (t))2 * R = (U(t))2/ R.

К сведению. Из последних формул понятно, что сопротивление не зависит от времени.

Дифференциальные выражения для электрической мощности

В реальных проводниках существенное значение имеют энергетические потери на единицу объема. Такие ситуации рассматривают с учетом плотности тока (j). Мощность (удельную) определяют по выражению Pудельн = (j2) * Rудельн. Для удобства оценки часто пользуются удельной проводимостью, которая обратна соответствующему сопротивлению.

Что такое мощность постоянного тока

Приведенные выше формулы без корректирующих коэффициентов применяют для расчета схем с подключением к источнику постоянного тока. С помощью обычного мультиметра при соответствующем положении переключателя определяют сопротивление подключенной нагрузки. Последовательным подключением измерительного прибора проверяют силу тока, параллельным – напряжение. Чтобы выяснить, сколько будет потреблять такая схема, пользуются формулами:

Читайте также:
Простой столик из среза дерева

P = I * U или P = U2/ R = I2 * R.

К сведению. При подключении АКБ в режиме зарядки направления тока в источнике и нагрузке совпадают. Мощность электрическая в этом случае потребляется нагрузкой. При противоположном направлении токов энергия поглощается источником ЭДС.

Мощность переменного тока

В таких цепях применять формулы для мгновенных величин нельзя, так как итоговое значение будет изменяться от минимума до максимума с частотой сети. В стандартной однофазной сети 220 V поддерживается синусоидальная форма сигнала 50 Гц.

Однако допустимо использование рассмотренных выше простых соотношений (P = U * I и других) при подключении нагрузки с резистивными характеристиками:

  • ТЭНов стиральных машин;
  • нагревательных спиралей инфракрасных излучателей;
  • лампочек с вольфрамовой нитью накаливания.

С помощью этого выражения выясняют, какая мощность будет выделяться в нагрузке.

Активная мощность

Ситуация меняется радикальным образом, если включается мощный электродвигатель или конденсатор. Подобные нагрузки формируют колебательный контур, который обменивается энергией с источником питания. Полезные функции в данном случае выполняются только активной компонентой (Pакт). Ее вычисляют следующим образом:

  • U * I – постоянный ток (переменный при резистивной нагрузке);
  • U * I * cos ϕ – для

220V, одна фаза;
U * √3 * cos ϕ = U * 1,7321 * cos ϕ – три фазы, U * √3 *

Реактивная мощность

Этот параметр, несмотря на отсутствие полезной работы, следует учитывать для корректной оценки важных параметров сети. Дело в том, что проводники нагреваются при пропускании тока в любом направлении. Циклические энергетические воздействия при достаточно большой интенсивности:

  • разрушают жилы и защитные оболочки кабелей;
  • провоцируют короткое замыкание;
  • повреждают обмотки электроприводов и трансформаторы.

Реактивная составляющая определяется формулой:

Pреакт = U * I * sin ϕ.

Она принимает отрицательное (положительное) значение при подключении нагрузки с емкостными (индукционными) характеристиками, соответственно.

В чем измеряется мощность тока для подобных ситуаций, понятно из определения. Так как речь идет об изменении параметров электрического (магнитного) поля, итоговый результат обозначают вольт-амперами реактивными (единица измерения сокр. – вар).

Полная мощность

Если рассматриваемые величины выразить векторами, образуется треугольник. Длина сторон будет соответствовать потреблению энергии определенной составляющей. Угол между полной (Pполн) и активной мощностью (ϕ) используется в расчетах для вычислений. Общая формула:

Pполн = √((Pакт)2 + (Pреакт)2).

Комплексная мощность

Потребление энергии можно выразить при необходимости комплексными величинами. Используют базовые соотношения. Вместо сопротивления применяют импеданс.

Измерения

Как показано выше, некоторые исходные данные можно получить в ходе практических измерений. Ниже отмечены особенности типовых специализированных приборов.

Прямые замеры

Ваттметры выпускают в разных модификациях для сетей

380V. Соответствующие коррекции делают в процессе выполнения рабочих операций. Следует подключать щупы с учетом инструкций производителя и соответствующего расположения проводников. Как правило, в конструкциях приборов применяют две катушки с параллельным и последовательным подсоединением к нагрузке. Для повышенной точности пользуются профессиональными приборами «лабораторной» категории.

Косвенные замеры

Эти операции выполняют с применением мультиметров. Измеряют сопротивление, ток и напряжение, после чего вычисляют мощность.

Фазометры

С помощью этих приборов измеряют фазовый сдвиг между несколькими электрическими параметрами. Таким аппаратом можно определить cos ϕ, если паспортное значение отсутствует в сопроводительных документах к оборудованию.

Регулирование cos

Отмеченное выше негативное влияние реактивных составляющих компенсируют специальными дополнениями в общую электрическую схему. Расчеты выполняют с применением представленных формул.

Мощность некоторых электрических приборов

При оснащении современной квартиры часто приходится решать задачи по согласованию нагрузок в отдельных линиях. Необходимо правильно встраивать защитный автомат, чтобы предотвратить аварийные ситуации. Начинают с уточнения параметров проводки. Далее проверяют группы подсоединенной бытовой техники. Типичные параметры потребляемой мощности (Вт):

  • персональный компьютер – 170-1 250;
  • ноутбук – 40-280;
  • ЖКИ телевизор – 120-265;
  • утюг – 450-1850;
  • кондиционер – 1 200 – 2 500.

Какой автомат подойдет, определяют с учетом всех значимых факторов. Особое внимание уделяют нагрузкам с высокими значениями реактивной составляющей мощности.

Видео

Что такое электрическая мощность

Современный человек постоянно сталкивается в быту и на производстве с электричеством, пользуется приборами, потребляющими электрический ток и устройствами, вырабатывающими его. При работе с ними всегда надо учитывать их возможности, заложенные в технических характеристиках.

Одним из основных показателей любого электроприбора является такая физическая величина, как электрическая мощность . Ею принято называть интенсивность или скорость генерации, передачи либо преобразования электроэнергии в другие виды энергии, например, тепловую, световую, механическую.

Транспортировка или передача больших электрических мощностей в промышленных целях выполняется по высоковольтным линиям электропередач.

Преобразование электрической энергии осуществляется на трансформаторных подстанциях.

Потребление электричества происходит в бытовых и промышленных устройствах различного назначения. Одним из распространенных их видов являются лампы накаливания различных номиналов.

Электрическая мощность генераторов, линий электропередач и потребителей в цепях постоянного и переменного тока имеет один и тот же физический смысл, который в то же время выражается различными соотношениями, зависящими от формы составных сигналов. С целью определения общих закономерностей введены понятия мгновенных значений . Они еще раз подчеркивают зависимость скорости преобразований электроэнергии от времени.

Определение мгновенной электрической мощности

В теоретической электротехнике для вывода основных соотношений между током, напряжением и мощностью используются их представления в виде мгновенных величин, которые фиксируются в какой-то определенный временной момент.

Если за очень короткий промежуток времени ∆t единичный элементарный заряд q под действием напряжения U перемещается из точки «1» в точку «2», то он совершает работу, равную разности потенциалов между этими точками. Разделив ее на промежуток времени ∆t, получим выражение мгновенной мощности для единичного заряда Pe(1-2).

Поскольку под действием приложенного напряжения перемещается не только единичный заряд, а все соседние, оказавшиеся под влиянием этой силы, количество которых удобно представить числом Q, то для них можно записать мгновенную величину мощности PQ(1-2).

Выполнив простые преобразования получим выражение мощности Р и зависимость ее мгновенного значения p(t) от составляющих произведения мгновенного тока i(t) и напряжения u(t).

Определение электрической мощности постоянного тока

В цепях постоянного тока величина падения напряжения на участке цепи и протекающего по нему тока не изменяется и остается стабильной, равной мгновенным значениям. Поэтому определить мощность в этой схеме можно перемножением этих величин или делением совершенной работы А на период времени ее выполнения, как показано на поясняющей картинке.

Определение электрической мощности переменного тока

Законы синусоидального изменения токов и напряжений, передаваемых по электрическим сетям, накладывают свое влияние на выражение мощности в таких цепях. Здесь действует полная мощность, которая описывается треугольником мощностей и состоит из активной и реактивной составляющих.

Электрический ток синусоидальный формы при прохождении по линиям электропередач со смешанными видами нагрузок на всех участках не изменяет форму своей гармоники. А падение напряжения на реактивных нагрузках сдвигается по фазе в определенную сторону. Понять влияние приложенных нагрузок на изменение мощности в цепи и ее направление помогают выражения мгновенных величин.

При этом сразу обратите внимание на то, что направление прохождения тока от генератора к потребителю и передаваемой мощности по созданной цепи — это совершенно разные вещи, которые в отдельных случаях могут не только не совпадать, но и направлены в противоположные стороны.

Рассмотрим эти взаимосвязи при их идеальном, чистом проявлении для разных видов нагрузок:

Выделение мощности на активной нагрузке

Будем считать, что генератор вырабатывает идеальную синусоиду напряжения u, которая прикладывается к чисто активному сопротивлению цепи. Амперметр А и вольтметр V замеряют ток I и напряжение U в каждый момент времени t.

На графике видно, что синусоиды тока и падения напряжения на активном сопротивлении совпадают по частоте и фазе, совершая одинаковые колебания. Мощность же, выражаемая их произведением, колеблется с удвоенной частотой и всегда остается положительной.

p=u∙i=Um∙sinωt∙Um/R∙sinωt=Um 2 /R∙sin 2 ωt=Um 2 /2R∙(1-cos2ωt).

Если перейти к выражению действующего напряжения, то получим: p=P∙(1-cos2ωt).

Далее проинтегрируем мощность за период одного колебания Т и сможем заметить, что приращение энергии ∆W за этот промежуток увеличивается. С дальнейшим течением времени активное сопротивление продолжает потреблять новые порции электроэнергии, как показано на графике.

На реактивных нагрузках характеристики потребляемой мощности отличаются, имеют другой вид.

Выделение мощности на емкостной нагрузке

В схеме питания генератора заменим резистивный элемент конденсатором с емкостью С.

Соотношения между током и падением напряжения на емкости выражаются зависимостью: I=C∙dU/dt=ω∙C ∙Um∙cosωt.

Перемножим значения мгновенных выражений тока с напряжением и получим значение мощности, которая потребляется емкостной нагрузкой.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Um∙cosωt=ω∙C ∙Um 2 ∙sinωt∙cosωt=Um 2 /(2Xc)∙sin2ωt=U 2 /(2Xc)∙sin2ωt.

Здесь видно, что мощность совершает колебания относительно нуля с удвоенной частотой приложенного напряжения. Суммарное ее значение за период гармоники, как и приращение энергии, равно нулю.

Это означает, что энергия перемещается по замкнутому контуру цепи в обе стороны, но никакой работы не совершает. Подобный факт объясняется тем, что при нарастании напряжения источника по абсолютной величине мощность положительна, а поток энергии по цепи направляется в емкость, где происходит накопление энергии.

После того как напряжение переходит на падающий участок гармоники, из емкости начинается возврат энергии в контур к источнику. В обоих этих процессах полезная работа не совершается.

Выделение мощности на индуктивной нагрузке

Теперь в схеме питания заменим конденсатор индуктивностью L.

Здесь ток через индуктивность выражается соотношением:

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙(-Um/ωL∙cosωt)=-Um 2 /ωL∙sinωt∙cosωt=-Um 2 /(2XL)∙sin2ωt=-U 2 /(2XL)∙sin2ωt.

Полученные выражения позволяют увидеть характер изменения направления мощности и приращения энергии на индуктивности, которые совершают такие же бесполезные для выполнения работы колебания, как и на емкости.

Выделяемую на реактивных нагрузках мощность называют реактивной составляющей. Она в идеальных условиях, когда у соединительных проводов нет активного сопротивления, кажется безобидной и не создает никакого вреда. Но в условиях реального электроснабжения периодические прохождения и колебания реактивной мощности вызывают нагрев всех активных элементов, включая соединительные провода, на который затрачивается определенная энергия и снижается величина приложенной полной мощности источника.

Основное отличие реактивной составляющей мощности состоит в том, что она вообще не совершает полезной работы, а ведет к потерям электрической энергии и превышению нагрузок оборудования, особенно опасных в критических ситуациях.

По этим причинам для устранения влияния реактивной мощности используются специальные технические системы ее компенсации.

Выделение мощности на смешанной нагрузке

В качестве примера используем нагрузку на генератор с активно емкостной характеристикой.

На приведенном графике не показаны для упрощения картины синусоиды токов и напряжений, но следует учесть, что при активно-емкостном характере нагрузки вектор тока опережает напряжение.

После преобразований получим: p=P∙(1- cos 2ωt)+Q ∙sin2ωt.

Эти два слагаемые в последнем выражении являются активной и реактивной составляющими мгновенной полной мощности. Только первая из них совершает полезную работу.

Приборы измерения мощности

Для анализа потребления электроэнергии и расчета за нее используются приборы учета, которые давно получили название «счетчики». Их работа основана на измерении действующих величин тока и напряжения и автоматическом перемножении их с выводом информации.

Счетчики отображают потребляемую мощность с учетом времени работы электроприборов по нарастающему принципу от момента включения электросчетчика под нагрузку.

Для замера в цепях переменного тока активной составляющей мощности используются ваттметры, а реактивной — варметры. Они имеют разные обозначения единиц измерения:

вар (Вар, вар, var).

Чтобы определить полную мощность потребления, необходимо по формуле треугольника мощностей вычислить ее величину на основе показаний ваттметра и варметра. Она выражается в своих единицах — вольт-амперах.

Принятые обозначения единиц каждой помогают электрикам судить не только о ее величине, но и о характере составляющей мощности.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Мощность электрического тока

Урок 50. Физика 8 класс

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Мощность электрического тока”

Мощность — это физическая величина, которая показывает работу, совершенную в единицу времени:

Соответственно, мощность электрического тока можно найти, поделив работу электрического тока на время, за которое эта работа была совершена:

Сразу следует сделать важно уточнение: так можно вычислить среднюю мощность тока, поскольку, если напряжение и сила тока меняются, то будет меняться и работа, совершенная в тот или иной промежуток времени.

Опять же, исходя из закона Ома, мы можем получить ещё два эквивалентных выражения для расчета мощности:

Единицей измерения мощности является ватт:

Поскольку работа измеряется в джоулях, а время — в секундах, то

Мы уже говорили о том, что в быту чаще всего используется параллельное подключение к сети. Поэтому, мощность в большей степени будет зависеть от силы тока, на которую рассчитан тот или иной прибор. Когда мы покупаем лампочку в магазине, на упаковке часто написано 60 ватт, 75 ватт, 100 ватт и так далее. Поскольку напряжение постоянно, по разным лампочкам проходит разный ток. Например, в сорокаваттной лампочке ток составляет менее 200 мА, а вот через стоваттную лампочку проходит ток чуть более 450 мА. Такая лампочка будет светить в два с половиной раза ярче, но и потреблять больше энергии.

Давайте рассмотрим несколько примеров из жизни, когда нам могут быть полезны знания о мощности. Например, дом подключен к автономной подстанции, напряжение на которой составляет 110 В вместо 220 В. Тогда во сколько раз менее ярко там будут гореть лампочки?

Этот вопрос кажется простым, но нам нужно быть внимательными. Исходя из формулы, мощность находится в линейной зависимости от напряжения. Поскольку 110 В это вдвое меньше, чем 220 В, лампочки будут иметь мощность вдвое меньше и, следовательно, будут гореть вдвое тусклее. Но ведь у нас есть и другая формула. Если мы используем её, то получим другой результат. Исходя из этой формулы, лампочки будут гореть в четыре раза тусклее.

Это противоречие возникло из-за того, что мы сделали не совсем правильный вывод в начале решения. Мы уже говорили, что сопротивление — это характеристика того или иного предмета, и никакое напряжение или сила тока на него повлиять не может. Поэтому, следовало учесть, что при уменьшении напряжения вдвое, вдвое уменьшится и сила тока.

Как только мы учли этот факт, наши результаты, вычисленные первым и вторым способом, совпали. Конечно же, при правильном вычислении эти результаты не могут не совпадать, поскольку реально происходящий процесс не может зависеть от того, какую формулу мы используем.

Приведем ещё один интересный пример. Допустим, вы хотите купить обогреватель, и пришли в магазин. Один обогреватель стоит 3600 рублей, а другой — 1800 рублей. Вы видите, что более дорогой обогреватель рассчитан на 10 А, а более дешевый — на 4 А. Как вы думаете, что лучше купить: один дорогой обогреватель, или два дешевых?

Итак, мы видим, что дорогой обогреватель стоит ровно столько же, сколько два дешевых. Значит, наш выбор должен быть основан только на технических характеристиках обогревателей. Начнем с того, что обогреватель нам нужен, чтобы нагреть воздух в комнате до определенной температуры. Как только мы чувствуем, что достигнутая температура для нас комфортна, мы выключаем обогреватель. Как мы помним, на нагревание одного и того же вещества той же массы на одинаковое количество градусов, требуется одно и то же количество энергии. Следовательно, независимо от мощности, обогреватели потребят одно и то же количество энергии из сети. Значит, сэкономить на потреблении электроэнергии не удастся. От мощности будет зависеть скорость нагревания.

Значит, дорогой обогреватель нагреет комнату быстрее, чем два дешевых. С другой стороны, купив два дешевых обогревателя, вы будете располагать двумя уровнями мощности. Это полезно, например, если вы планируете оставить обогреватель включенным на ночь. Слишком мощный обогреватель за 5-6 часов может легко перегреть комнату так, что придется проснуться и выключить его. Менее мощный же обогреватель будет плавно нагревать комнату, а если вы чувствуете, что его мощности недостаточно, то ничто не мешает вам включить второй обогреватель. Кроме того, эти обогреватели можно распределять по комнатам (или по углам комнаты) для более равномерного нагрева. В конце концов, два обогревателя просто более надежны, т.к. при поломке одного из них, у вас останется другой. Его мощности, возможно, будет не хватать, но, тем не менее, это лучше, остаться вообще без обогрева.

Конечно, в данном вопросе не может быть однозначного ответа. Однако, с помощью подобных рассуждений и расчетов, каждый может взвесить все плюсы и минусы и, исходя из них, сделать свой выбор.

И последняя занимательная задачка. Чтобы обеспечить электроэнергией объект, находящийся в километре от станции, станция каждый час должна передавать 15 ТДж электрической энергии через высоковольтный кабель, под напряжением 5 киловольт. Какой толщины должен быть такой кабель, если он сделан из меди?

Как выбрать настольную лампу для школьника, офиса и работы?

Любой офисный или домашний стол для чтения, работы с документами или выполнения уроков обязательно комплектуется настольным светильником. Сегодня этот элемент интерьера выполняет не только свою основную функцию по освещению помещения, но и выступает в качестве украшения дизайна интерьера. Но стоит учитывать, что от конструктивных и технических особенностей прибора освещения будет зависеть комфорт и производительность выполнения каких-либо операций. Поэтому в данной статье мы рассмотрим, как выбрать настольную лампу с учетом всех важных нюансов.

На что обращать внимание при выборе

Настольная лампа занимает определенное положение на столе и помогает создать достаточную видимость или декоративную подсветку для интерьера. В каждом случае преследуется отличная задача, поэтому в соответствии с требованиями СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 и СП 52.13330.2011 для зоны чтения необходимо обеспечить освещенность в 300 – 500 Лк на поверхности стола, а для получения цветовых оттенков или подсветки хватит и 50 Лк. Однако следует отметить, что большая мощность светового потока может в равной мере привести к утомляемости глаз, как и ее недостаток. Поэтому далее рассмотрим ряд наиболее значимых параметров, на которые стоит обращать внимание при выборе настольной лампы.

1. Опора или основание лампы

Многие модели настольных ламп легко перемещаются по рабочей поверхности, для чего они оснащаются опорой или основанием. В контексте комфорта работы с таким осветительным прибором все основания можно подразделить на матовые и глянцевые. Несмотря на видимую привлекательность блестящей поверхности, отраженный от нее свет будет попадать вам в глаза, а при мощном световом потоке создавать излишнее напряжение. В течении длительной работы такое напряжение может вызвать снижение зрительной реакции, поэтому лучше отдавать предпочтение матовым моделям.

Рис. 1. Матовое и глянцевое основание

2. Цвет корпуса

Современный ассортимент предоставляет довольно большое разнообразие, как в цветовых, так и внешних характеристиках. Однако заметьте, если слишком яркий и броский объект будет попадать в поле зрения во время чтения или выполнения офисной работы, он будет постоянно отвлекать вас и рассредоточивать.

Рис. 2. Цвет корпуса настольной лампы

Поэтому предпочтительнее выбирать настольные лампы спокойных тонов:

  • белых;
  • бежевых;
  • коричневых;
  • серых.

В отношении других цветов вы должны ориентироваться по рабочему пространству и интерьеру помещения. Далеко не всегда синий, красный или желтый корпус будут вас отвлекать. Равно, как и черная настольная лампа может оказаться ярким пятном по отношению к окружающему фону.

3. Форма плафона

По форме плафона настольные лампы могут изготавливаться в виде шара, конуса, цилиндра или тарелки. Из них шарообразная и тарельчатая форма абажура предназначены для рассеянного комфортного освещения. Конус и цилиндр, наоборот, фокусируют поток от энергосберегающей лампочки в конкретной зоне, четко определяя границы рабочей области на столе. Оптимальным вариантом для офисного настольного светильника считается усеченный конус с цилиндрическим оконцевателем, который создает угол раздачи света около 40 — 45º.

Рис. 3. По форме плафона

Важно, чтобы лампочка не выступала за пределы плафона, иначе эта часть будет слепить глаза, что сделает пребывание перед ней неприятным. Исключение может составлять только декоративные настольные светильники.

4. Материал плафона

Па материалу плафона выделяют несколько вариантов:

  • Стеклянные – отличаются красотой и разнообразием форм, однако боятся механического воздействия и легко бьются, поэтому такие настольные лампы устанавливают в глубину стола, прячут шнур, чтобы предотвратить случайное падение.
  • Деревянные – экологически чистые, но по большей части предназначены для декоративных источников освещения.
  • Металлические – наиболее надежные и дорогостоящие модели настольных ламп, но при сочетании с мощной лампой накаливания сильно нагреваются и об их поверхность можно обжечься. Также в соответствии с п. 1.7.51 ПУЭ должны заземляться на контур защитного заземления.
  • Тканевые и бумажные – создают рассеянное освещение, но являются очень маркими, легко поддаются повреждению.
  • Полимерные – предоставляют широкий выбор форм и цветов, но стоит выбирать качественные модели, чтобы при взаимодействии с лампами из них не выделялись вредные вещества.

5. Тип лампы

Наиболее популярными, для установки в бытовых осветительных приборах, являются четыре типа ламп освещения:

  • Лампочки накаливания – обладают самым низким КПД, порядка 5 – 8% и такой же малой светоотдачей, большая часть электроэнергии в них расходуется на выделение тепловой энергии. Поэтому лампы накаливания мощностью около 100Вт 95 – 92% израсходованной электроэнергии будут расходовать на обогрев помещения, прикосновение к плафону такого настольного светильника может вызвать ожоги. Также этот тип характеризуется довольно малым сроком эксплуатации – порядка 1000 часов.
  • Галогенные лампы – более выгодный вариант для настольного светильника, обладают немного лучшими параметрами, чем предыдущий тип. КПД может достигать 10 – 15%, имеют меньший габарит и срок службы около 3000 – 4000 часов.
  • Люминесцентные энергосберегающие устройства – имеют куда более высокий КПД от 25 до 50%, срок службы около 5000 – 10000 часов. Но у люминесцентных источников имеется существенный недостаток – внутри колбы содержаться пары ртути, которые при разгерметизации лампы испаряются в окружающее пространство. А от настольной лампы распыляются в непосредственной близи от органов дыхания человека.
  • Светодиодные лампы являются наиболее эффективным типом, превосходящим даже люминесцентные лампочки и по экологичности, и по техническим параметрам. Единственным ее недостатком является высокая цена, но она с лихвой окупается за 25 000 – 30 000 часов работы.

6. Температура нагрева

Нагрев плафона в настольной лампе напрямую зависит от типа и мощности лампочки, а также от материала корпуса. Чем больше мощность, тем сильнее будет нагреваться устройство, однако у светодиодных лампочек температура значительно ниже, поэтому они безопасны даже с яркими светодиодами.

В части настольного светильника вам следует обратить внимание на плафон. Модели из полимера и металла наиболее подвержены нагреву, особенно, если они имеют малую толщину. Так светильник из тонкого пластика от мощной лампы может начать деформироваться уже через 3 – 5 часов непрерывной работы.

Рис. 6. Оплавление плафона из-за нагрева

Металлические тонкие плафоны способны разогреться до 80 — 100°С за считанные минуты. Поэтому оба варианта лучше выбирать с хорошего толстостенного материала.

7. Цвет свечения и мощность лампочки

Цветовая температура свечения определяет оттенок света, поступающего от лампы. Если присмотреться к разным источникам, то свет может колебаться в диапазоне от красного до синего тона.

Рис. 7. Цветовая температура

Человеческий глаз лучше всего приспособлен к солнечному спектру, поэтому оптимальным вариантом считаются лампы в диапазоне свечения от 3500 К до 4000 К, также можно использовать и до 5000 К. Смещение к холодному спектру актуально в некоторых работах, где вы оперируете небольшими деталями, но при чтении он может вызвать дискомфорт.

Яркость свечения непрямую зависит от мощности, но в разных типах ламп этот параметр будет отличаться. К примеру, мощность светового потока, вырабатываемого от свечения светодиодной лампочки на 7 Вт, будет равна свету лампы накаливания на 70 Вт. Но и делать слишком яркий свет от настольного светильника не стоит, иначе он будет больше мешать, чем помогать.

Особенности выбора настольной лампы

Теперь рассмотрим несколько практических примеров при выборе настольной лампы, используя вышеизложенные рекомендации.

Для школьника

Наиболее выгодным вариантом будут настольные лампы с хорошим пластиковым абажуром. Это обусловлено тем, что дети очень подвижны и легко могут зацепить прибор, поэтому стекло при этом может разбиться и поранить ребенка, а горячий металл может вызвать ожоги. Поэтому полимер куда боле практичный вариант, но обязательно проверяйте сертификат качества, не приобретайте модели, имеющие неприятный резкий химический запах.

По внешнему виду настольный светильник должен подходить к интерьеру детской, но лучше, чтобы ребенок сам участвовал в выборе модели. Желательно избегать громоздких устройств, если он будет служить школьнику не один год, лучше используйте гибкую ножку, чтобы со временем он мог изменить высоту. Заметьте, каждый сам выбирает подходящую интенсивность света, поэтому приобретайте светильник с регулировкой мощности.

Для работы

При выполнении различных видов работ, таких как вышивание бисером, пайка плат, маникюр и прочие, требуется перемещение светового потока по всей рабочей поверхности, перераспределение освещенности, регулировка яркости и т.д.

Поэтому Настольная лампа для работы должна иметь максимальный функционал, подвижный штатив, который сможет изменять не только высоту, но и производить регулировку наклона. В некоторых ситуациях может потребоваться перемещение плафона в горизонтальной плоскости.

Рис. 8. Настольная лампа для работы

Для офиса

Офисные настольные светильники должны выбираться в строгом деловом стиле, поэтому никаких излишеств в декорации абажура, подсветок быть не должно. Желательно отдавать предпочтение строгим цветам корпуса, чтобы он не отвлекал от работы. Цвет свечения следует выбирать от 4500 К до 5000 К, так как он наиболее подходит для офисных операций. Здесь также не будет лишним диммируемая настольная установка, позволяющая приглушать и усиливать свет, в зависимости от вида выполняемой работы.

При написании статьи использовалась следующая литература:

  • С. Корякин-Черняк «Освещение квартиры и дома» 2005
  • М.Ю.Черничкин «Все об электрике. Современная иллюстрированная энциклопедия» 2016
  • М.М. Гуторов «Основы светотехники и источники света» 1983
  • В.Б. Козловская «Электрическое освещение. Справочник» 2008
  • Б.Ю. Семенов «Экономичное освещение для всех» 2016
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: