Этот калькулятор потребляемой мощности неизменного тока определяет электрическую мощность по известным значениям напряжения, тока и сопротивления. Можно ввести любые два значения и получить два неведомых значения.
Пример 1: Высчитайте сопротивление нагрузки и мощность, потребляемую 12-вольтовой галогенной ксеноновой лампой, потребляющей ток 5,5 А.
Пример 2: Высчитайте мощность, потребляемую телефоном, присоединенным к зарядному устройству, и его сопротивление нагрузки, если напряжение зарядного устройства 5,05 В и зарядный ток 45 мА (см. набросок ниже).
Пример 3: Высчитайте ток в нагрузке и напряжение на ее выводах, если нагрузка потребляет 2 Вт мощности и ее сопротивление 10 Ом.
Для расчета введите любые две величины и нажмите на кнопку Высчитать.
Поделиться ссылкой на этот калькулятор, включая входные характеристики
Определения и формулы
Этот калькулятор применяется для расчета мощности неизменного тока и всё, о чем здесь говорится, относится, в главном, к неизменному току. Намного более непростой случай расчета мощности в цепях переменного тока рассматривается в нашем Калькуляторе мощности переменного тока. См. также Калькулятор пересчета ВА в ватты.
Электрический разряд
Линия электропередачи — пример устройства для передачи энергии от места, где она вырабатывается, до места, где она потребляется.
Электрический заряд либо количество электричества — скалярная физическая величина, определяющая способность тел создавать электромагнитные поля и учавствовать в электромагнитном содействии. На электрически заряженное тело, помещенное в электромагнитное поле, действует сила, при всем этом заряды обратного знака притягиваются друг к другу, а одноименные заряды — отталкиваются.
Единицей измерения электрического заряда в системе СИ является кулон, равный заряду, проходящему через поперечное сечение проводника с током один ампер в течение одной секунды. Невзирая на то, что мы смотрим перемещение зарядов в хоть какой электрической схеме, количество заряда не меняется, так как электроны не создаются и не разрушаются. Электрический заряд в движении представляет собой электрический ток, рассматриваемый ниже. При перемещении заряда из 1-го места в другое мы осуществляем передачу электроэнергии.
Сила тока
Сила тока — физическая величина, представляющая собой скорость перемещения заряженных частиц либо носителей заряда (электронов, ионов либо дырок) через некоторое сечение проводящего материала, который может быть металлом (к примеру, проводом), электролитом (к примеру, нейроном) либо полупроводником (к примеру транзистором). Если гласить более непосредственно, это скорость потока электронов, к примеру в схеме, показанной на рисунке выше.
В системе СИ единицей измерения силы тока является ампер (знак А). Один ампер — это ток, возникающий при движении заряженных частиц со скоростью один кулон за секунду. Обозначается электрический ток эмблемой I и происходит от французского intensité du courant («интенсивность тока»).
Электрический ток может протекать в любом направлении — от отрицательной к положительной клемме электрической схемы и напротив, зависимо от типа заряженных частиц. Положительные частички (положительные ионы в электролитах либо дырки в полупроводниках) движутся от положительного потенциала к отрицательному и это направление произвольно принято за направление электрического тока. Такое направление можно рассматривать как движение заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому потенциалу либо более высочайшей энергии к более низкой энергии. Это определение направления электрического тока сложилось исторически и стало пользующимся популярностью до того, как стало понятно, что электрический ток в проводах определяется движением отрицательных зарядов.
Такое произвольно принятое направление электрического тока можно также применять для разъяснения электрических явлений при помощи гидравлической аналогии. Мы осознаем, что вода движется из точки с более высочайшим давлением в точку с более низким давлением. Между точками с одинаковыми давлениями потока воды быть не может. Поведение электрического тока аналогично — он движется от точки с более высочайшим электрическим потенциалом (положительной клеммы) к точке с более низким потенциалом (отрицательной клемме).
Труба с водой ведет себя как проводник, а вода в ней — как электрический ток. Давление в трубе можно сопоставить с электрическим потенциалом. Мы также можем сопоставить главные элементы электрических схем с их гидравлическими аналогами: резистор эквивалентен сужению в трубе (к примеру, из-за застрявших там волос), конденсатор можно сопоставить с установленной в трубе гибкой диафрагмой. Катушку индуктивности можно сопоставить с тяжеленной турбиной, помещенной в поток воды, а диодик можно сопоставить с шариковым оборотным клапаном, который позволяет сгустку воды двигаться исключительно в одном направлении.
В системе СИ сила тока измеряется в амперах (А) и названа в честь французского физика Андре Ампера. Ампер — одна из 7 главных единиц СИ. В мае 2019 г. было принято новое определение ампера, основанное на использовании базовых физических констант. Ампер также можно найти как один кулон заряда, проходящий через определенную поверхность в секунду.
Подробную информацию об электрическом токе можно отыскать в наших конвертерах Электрический ток и Линейная плотность тока.
Скорость передачи заряда можно изменять, и эта возможность применяется для передачи инфы. Все системы передачи связи, такие как радио (естественно, сюда относятся и телефоны) и телевидение, основаны на этом принципе.
Электрическое напряжение
Электрическое напряжение либо разность потенциалов в статическом электрическом поле можно найти как меру работы, требуемой для перемещения заряда между выводами элемента электрической схемы. Элементом может быть, к примеру, лампа, резистор, катушка индуктивности либо конденсатор. Напряжение может существовать между 2-мя выводами элемента независимо от того протекает между ними ток либо нет. К примеру, у 9-вольтовой батарейки имеется напряжение между клеммами даже если к ней ничего не присоединено и ток не протекает.
Единицей напряжения в СИ является вольт, равный одному джоулю работы по переносу 1-го кулона заряда. Вольт назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта.
В Северной Америке для обозначения напряжения обычно применяется буковка V, что не очень комфортно. Практически, это так же неловко, как и внедрение футов и дюймов. Сравните, к примеру, V = 5 V or U = 5 V. Что бы вы избрали? В почти всех других странах, считают, что для обозначения напряжения лучше применять буковку U — так как так удобнее. В германских, французских и российских учебниках применяется U. Считается, что эта буковка происходит от германского слова Unterschied, значащего разницу либо разность (напряжение — разность потенциалов).
Мы знаем, что энергия, которая была применена для перемещения заряда через элемент схемы, не может пропасть и должна кое-где показаться в той либо другой форме. Это именуется принципом сохранения энергии.
К примеру, если этим элементом был конденсатор либо аккумулятор, то энергия будет храниться в форме электроэнергии, готовой для незамедлительного применения. Если же этот элемент был, к примеру, нагревательным элементом в духовке, то электроэнергия была преобразована в термическую. В громкоговорителе электрическая энергия преобразуется в акустическую, другими словами механическую энергию, и термическую энергию. Фактически вся энергия, которую потребляет работающий компьютер, преобразуется в тепло, которое нагревает помещение, в каком он находится.
Сейчас разглядим электрический элемент в форме авто аккумуляторной батареи, присоединенной к генератору для зарядки. В данном случае энергия подается в элемент. Если же мотор не работает, но работает акустика автомобиля, то энергия подается самим элементом (батареей). Если ток заходит в одну из 2-ух клемм аккума и наружный источник тока (в нашем случае — генератор) должен расходовать энергию, дабы получить этот ток, то такая клемма именуется положительной по отношению к другой клемме аккума, которая именуется отрицательной. Отметим, что эти знаки «плюс» и «минус» выбраны условно и позволяют нам обозначить напряжение, имеющееся между 2-мя клеммами.
USB тестер с соединителями типа USB-C, присоединенный к зарядному устройству и телефону (см. Пример 2 выше)
На рисунке выше показан рассмотренный в Примере 2 USB тестер с соединителями USB Type C, присоединенный к зарядному устройству USB (слева). Справа к тестеру подключен заряжаемый телефон. Тестер определяет потребляемый телефоном ток. Красной стрелкой на тестере показано текущее направление тока. Другими словами, на экране тестера показано, что нагрузка (телефон) подключена к правому порту и заряжается. Отметим, что если заместо зарядного устройства к левому порту подключить какое-нибудь USB-устройство, к примеру, флэш-накопитель (флэшку), то данный тестер покажет оборотное направление движения тока и потребляемый флэшкой ток.
Электрическое сопротивление
Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая свойство тел препятствовать прохождению электрического тока. Оно равно отношению напряжения на выводах элемента к протекающему через него току:
Эта формула именуется законом Ома. Многие проводящие материалы имеют постоянную величину сопротивления R, потому U и I связаны прямой пропорциональной зависимостью. Сопротивление материалов определяется, в главном, 2-мя качествами: самим материалом и его формой и размерами. К примеру, электроны могут свободно двигаться через золотой либо серебряный проводник и не так просто через металлической проводник. Они совершенно не могут двигаться по изоляторам хоть какой формы. Естественно, и другие причины оказывают влияние на сопротивление, но в значимой наименьшей мере. Такими факторами являются, к примеру, температура, чистота проводящего материала, механическое напряжение проводящего материала (применяется в тензорезистивных датчиках) и его освещение (применяется в фоторезисторах).
Электрическая мощность
Мощность представляет собой скалярную физическую величину, равную скорости конфигурации, передачи либо употребления энергии в физической системе. В электродинамике мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи, преобразования либо употребления электроэнергии. В системе СИ единицей электрической мощности является ватт (Вт), определяемый как 1 джоуль за секунду. Скорость передачи электроэнергии равна одному ватту, если один джоуль энергии расходуется на перемещение 1-го кулона заряда в течение одной секунды.
Более подробную информацию о мощности вы отыщите в нашем Конвертере единиц мощности.
Расчет электрической мощности на неизменном токе
Мощность, нужная для перемещения определенного числа кулонов за секунду (другими словами для сотворения тока I в амперах) через элемент схемы с разностью потенциалов U пропорциональна току и напряжению, другими словами
В правой части этого уравнения находится произведение джоулей на кулоны (напряжение в вольтах) на кулоны за секунду (ток в амперах), в итоге получаются джоули за секунду, как и ожидалось. Это уравнение определяет мощность, поглощенную в нагрузке, выраженную через напряжение на выводах нагрузки и протекающий через нее ток. Это уравнение применяется в нашем калькуляторе совместно с уравнением закона Ома.
Как высчитать мощность по току и напряжению?
Хоть какой из частей электрической сети является вещественным объектом определенной конструкции. Но его особенность состоит в двояком состоянии. Он может быть как под электрической нагрузкой, так и обесточен. Если электрического подключения нет, целостности объекта ничто не грозит. Но при присоединении к источнику электропитания, другими словами при возникновении напряжения (U) и электротока, некорректная конструкция элемента электросети может стать для него фатальной, если напряжение и электроток приведут к выделению тепла.
Дальше из статьи наши читатели получат информацию о том, как верно выполнить расчет мощности по току и напряжению, дабы электрические цепи работали исправно и длительно.
Отличия мощности при неизменном и переменном напряжении
Более обычным выходит расчет мощности электрических цепей на неизменном электротоке. Для их участков справедлив закон Ома, в каком задействовано только приложенное U, и сопротивление. Дабы высчитать силу тока I, U делится на сопротивление R:
при этом разыскиваемая сила тока называется амперами.
А так как электрическая мощность Р для такового варианта — это произведение U и силы электротока, она так же просто, как и электроток, рассчитывается по формуле:
при этом разыскиваемая мощность нагрузки называется ваттами.
Все составляющие этих 2-ух формул свойственны для неизменного электротока и именуются активными. Напоминаем нашим читателям, что закон Ома, позволяющий выполнить расчет силы тока, очень многообразен по собственному отображению. Его формулы учитывают особенности физических процессов, соответственных природе электричества. А при неизменном и переменном U они протекают значительно отличаясь. Трансформатор на неизменном U — это полностью никчемное устройство. Также как синхронные и асинхронные движки.
Принцип их функционирования заключен в изменяющемся магнитном поле, создаваемом элементами электрических цепей, владеющими индуктивностью. А такое поле возникает только как следствие переменного U и соответственного ему переменного тока. Но электричеству характерно также и скопление зарядов в элементах электрических цепей. Это явление именуется электрической емкостью и лежит в базе конструкции конденсаторов. Характеристики, связанные с индуктивностью и емкостью, именуют реактивными.
Расчет мощности в цепях переменного электротока
Потому, дабы найти ток по мощности и напряжению как в обыкновенной электросети 220 В, так и в хоть какой другой, где применяется переменное U, будет нужно учитывать несколько активных и реактивных характеристик. Для этого применяется векторное исчисление. В итоге отображение рассчитываемой мощности и U имеет вид треугольника. Две стороны его — это активная и реактивная составляющие, а 3-я — их сумма. К примеру, полная мощность нагрузки S, называемая вольт-амперами.
Реактивная составляющая именуется варами. Зная величины сторон для треугольников мощности и U, можно выполнить расчет тока по мощности и напряжению. Как это выполнить, объясняет изображение 2-ух треугольников, показанное дальше.
Треугольники мощности и напряжения
Для измерения мощности используются особые приборы. При этом их функциональных моделей совершенно не достаточно. Это связано с тем, что для неизменного электротока, также зависимо от частоты применяется соответственный конструктивный принцип измерителя мощности. По этой причине устройство, созданный для измерения мощности в цепях переменного электротока промышленной частоты, на неизменном электротоке либо на завышенной частоте будет демонстрировать итог с неприемлемой погрешностью.
Лабораторный ваттметр
Щитовой ваттметр
У большинства наших читателей выполнение того либо другого вычисления с внедрением величины мощности вероятнее всего происходит не с измеренным значением, а по паспортным данным соответственного электроприбора. При всем этом можно просто высчитать ток для определения, к примеру, характеристик проводки либо соединительного шнура. Если U понятно, а оно в главном соответствует характеристикам электросети, расчет тока по мощности сводится к получению личного от деления мощности и U. Приобретенный таким методом расчетный ток обусловит сечение проводов и термические процессы в электрической цепи с электроприбором.
Но полностью закономерен вопрос, как высчитать ток нагрузки при отсутствии каких-то сведений о ней? Ответ следующий. Верный и полный расчет тока нагрузки, запитанной переменным U, вероятен на основании измеренных данных. Они должны быть получены с применением устройства, который замеряет фазовый сдвиг между U и электротоком в цепи. Это фазометр. Полный расчет мощности тока даст активную и реактивную составляющие. Они обоснованы углом φ, который показан выше на изображениях треугольников.
Лабораторный фазометр
Щитовой фазометр
Используем формулы
Этот угол и охарактеризовывает фазовый сдвиг в цепях переменного U, содержащих индуктивные и емкостные элементы. Дабы рассчитывать активные и реактивные составляющие, применяются тригонометрические функции, применяющиеся в формулах. Перед тем как посчитать итог по этим формулам, нужно, используя калькуляторы либо таблицы Брадиса, найти sin φ и cos φ. После чего по формулам
я вычислю разыскиваемый параметр электрической цепи. Но следует учитывать то, что любой из характеристик, рассчитанный по этим формулам, из-за U, повсевременно изменяющегося по законам гармонических колебаний, может принимать или секундное, или среднеквадратичное, или промежуточное значение. Три формулы, показанные выше, справедливы при среднеквадратичных значениях силы электротока и U. Каждое из 2-ух других значений является результатом расчетной процедуры с внедрением другой формулы, учитывающей ход времени t:
Но и это еще не все аспекты. К примеру, для линий электропередачи используются формулы, в каких бытуют волновые процессы. И смотрятся они по-другому. Но это уже совершенно другая история…
