Вопрос о том, что такое мощность электрического тока, не самый обычный. Если быть уж полностью четким, он очень сложный. Но это одно из главных понятий как физики, так и других научных дисциплин, связанных с электричеством. В ежедневной жизни нам также нередко приходится воспользоваться этим понятием.
Не вдаваясь в подробное выяснение, что такое электрический ток и какова его природа, для осознания связанных с ним процессов воспользуемся аналогией с ручьем. Вода протекает от более высоко размещенного участка вниз. Для электрического тока ситуация приблизительно такая же, он протекает от точки с высочайшим потенциалом к точке с низким потенциалом. Величина разности потенциалов именуется напряжением, обозначается буковкой U и измеряется в единицах, называемых вольт.
Вернемся снова к ручью. При протекании воды с высоты в низину происходит перенос определённого ее количества с 1-го места на другое. При протекании тока происходит приблизительно то же самое: определённое количество электричества переносится с 1-го места на другое. Для измерения этого процесса существует термин сила тока, определяется он как количество электричества, прошедшее в единицу времени через сечение проводника. По аналогии с ручьем это значит, какое количество воды прошло через избранный участок за единицу времени. Обозначается сила тока эмблемой I, для ее измерения существует особая единица – ампер.
Вот эти два понятия — электрическое напряжение и сила тока — выступают как главные свойства электрического тока.
Вода, протекая сверху вниз, несёт с собой определённую энергию. Попадая, к примеру, на лопатки турбины, она будет вызывать вращение последней и совершать определенную работу. Точно так же электрический ток может совершать работу. Эта работа, выполняемая за секунду, и есть мощность электрического тока. Принято ее обозначать буковкой P, и измеряется она в ваттах.
Работа, выполняемая водой при падении, определяется ее количеством, попадающим на лопатки турбины, и высотой, с которой она падает. Чем больше воды и чем больше высота, с которой она падает, тем большая осуществляется работа. Точно так же, чем больше напряжение (разность высот для воды) и сила тока (т.е. количество воды), тем больше выполняемая работа и, означает, мощность электрического тока.
Если попробовать формализовать это понятие, то все можно выразить обычной формулой:
где: P – мощность электрического тока, в ваттах;
I – сила тока, в амперах;
U – напряжение, в вольтах.
Вот это и есть основная формула, по которой можно найти мощность электрического тока.
Но электрический ток протекает не кое-где в абстрактных критериях, а в реальных цепях, у каких есть свои свойства. А именно, у проводника есть сопротивление, а напряжение U и сила тока I связаны между собой в цепи, где протекает неизменный ток через сопротивление по закону Ома. Так что мощность в цепи неизменного тока по мере надобности можно выразить через сопротивление, либо учитывать свойства цепи в выражении для мощности через ток и напряжение, связанные законом Ома.
Вследствие того, что цепь обладает сопротивлением, не вся энергия применяется на выполнение полезной работы. Часть ее пропадает при прохождении по цепи. Потому поступающая энергия, т.е. мощность источника энергии должна быть больше той мощности, которая нужна для выполнения определённой работы. Должен производиться так именуемый энергетический баланс – мощность, отдаваемая источником, должна быть равна мощности потребляемой нагрузки и мощности, теряемой в проводнике электрического тока.
Приблизительно так можно получить общее представление о том, что такое мощность электрического тока, как она определяется, от чего зависит.
Работа и мощность тока. Переменный и неизменный ток.
Всем хорошего времени суток, в нынешней статье мы будем разбираться с понятиями работы и мощности электрического тока. Для начала разглядим неизменный ток, а потом проведем подобные исследования и для цепей переменного тока. Тема достаточно широкая, так что стартуем немедленно.
Работа и мощность неизменного тока.
Вспомним первую статью курса "Базы электроники" — вот она. Там мы обусловили напряжение как работу, которую нужно затратить для переноса единичного заряда из одной точки в другую. Обозначим данную величину — A . Дабы отыскать работу, которую совершат несколько зарядов, нам нужно работу 1-го заряда помножить на количество зарядов:
А мощность по определению — это работа за единицу времени. Таким макаром, мы получаем формулу мощности:
Опять возвращаемся к уже упомянутой первой статье курса и в ней мы узнали, что количество зарядов, проходящее через проводник в единицу времени ( \frac ) — это и есть ток по определению. Таким макаром, в конечном итоге мы приходим к следующему выражению для мощности электрического тока:
Тут мы также учли, что работа A по перемещению 1-го заряда численно равна напряжению на данном участке цепи. Фактически, мы получили одну из главных формул для нахождения мощности неизменного тока. А беря во внимание закон Ома выводим следующее:
Единицей измерения мощности является Ватт, и 1 Вт — это мощность, при которой за 1 секунду совершается работа 1 Джоуль.
Здесь нужно тормознуть на одном познавательно-бытовом аспекте. Нередко при обсуждении работы электрического тока можно услышать сочетание — киловатт-час. К примеру, электросчетчики в домах демонстрируют работу конкретно в этих единицах измерения. Итак вот невзирая на схожесть в заглавиях единиц измерения мощности (ватт) и работы (киловатт — час / ватт — час) не следует забывать, что эти определения относятся к различным физическим величинам. Дабы перевести КВт*ч в более обычные исходя из убеждений системы измерений Си Джоули можно пользоваться следующим математическим соотношением:
Давайте разглядим маленькой пример для иллюстрации вышесказанного. Итак, пусть у нас есть чайник, мощность которого составляет 1200 Вт (1.2 КВт). На уровне мыслей включим его на 10 минут (1/6 часа). В конечном итоге, работа электрического тока (а вкупе с ней и потребленная чайником энергия) составит:
С работой и мощностью неизменного тока все понятно, потому перейдем к цепям переменного тока.
Мощность переменного тока.
Пусть у нас ток и напряжение меняются по следующим законам:
Мы приняли, что ток и напряжение смещены по фазе на величину \beta . Моментальная мощность (мощность переменного тока в хоть какой момент времени) будет равна:
Преобразуем формулу в согласовании с тригонометрической формулой произведения синусов:
Вот так будут смотреться зависимости тока, напряжения и мощности переменного тока от времени:
По сути практический энтузиазм представляет не секундное значение мощности (которое повсевременно изменяется), а среднее. Для среднего за период значения записываем:
Не буду особо нагружать математическими выкладками, давайте просто обратим внимание на то, что в формуле моментальной мощности 2-ое слагаемое ( -U_m\medspace I_m\medspace cos(2wt\medspace-\medspace \beta) ) при интегрировании (суммировании) даст 0. Это связано с тем, что если мы рассматриваем определенный период, то значение косинуса в течение 1-го полу-периода сигнала будет иметь положительную величину, а в течение другого — отрицательное. Потому в финишной формуле средней мощности переменного тока остается только интеграл от первого слагаемого:
По итогу мы получили выражение для вычисления средней за период мощности в цепи переменного тока (ее также именуют активной мощностью).
Если сдвиг фаз между током и напряжением будет равен нулю, то значение средней мощности будет наибольшим (так как cos 0 = 1 ). В случае сдвига фаз часть мощности передается в нагрузку (активная мощность), а часть нет (реактивная мощность). Реактивная мощность охарактеризовывает энергию, которая перебегает от источника к реактивным элементам цепи, а потом ворачивается этими элементами назад в источник в течение 1-го периода. Из формулы понятно, что чем больше cos\beta , тем больше мощности попадет конкретно в нагрузку, потому величину cos\beta именуют коэффициентом мощности. Активную мощность мы обусловили ранее, а вот для реактивной мощности справедлива другая формула:
Тогда и полная мощность переменного тока равна:
На сей день на этом все, мы разобрались с понятиями работы и мощности электрического тока, засим откланиваюсь, до скорого.
