Единица измерения электрической мощности
Электрический ток в любом участке цепи совершает работу ($A$). Рассмотрим произвольный участок цепи к концам которого приложено напряжение $U$. В том случае, если сила тока на нашем участке равна $I$, то за промежуток времени $\Delta t$ по этому участку пройдет заряд величины $\Delta q=I\Delta t$. Следовательно, работа электрического тока на рассматриваемом участке будет равна:
Формула (1) выполняется для произвольного участка цепи, содержащего любые нагрузки, если сила тока постоянна. По определению любая мощность ($P$) — это величина, которая характеризует скорость преобразования энергии или скорость совершения работы:
Если использовать частное определение работы электрического поля (1), то получим определение электрической мощности:
Ватт — единица измерения электрической мощности в Международной системе единиц (СИ)
Исходя из общего определения мощности (1), так как работа измеряется в джоулях, время в секундах, получается $\left(\frac\right)$- единица измерения электрической мощности, как и любой другой мощности:
Единица измерения мощности имеет собственное название: ватт — единица измерения электрической мощности в том числе. Обозначается ватт как Вт. Мощность электрического тока равна 1 Вт, если за одну секунду он совершает работу равную одному джоулю. Ватт — единица измерения электрической мощности в Международной системе единиц (СИ). Ватт не является основной единицей измерения в системе СИ. Свое название ватт получил в честь изобретателя Дж. Ватта. Ватт можно выразить через комбинацию основных единиц измерения системы СИ непосредственно из определения мощности (2):
Из формулы (3), следует, что ватт можно представить так же как:
где $А$ — ампер; $В$ — вольт. Отметим, что формула (3) дает определение вольту.
Для обозначения десятичных дольных и кратных единиц электрической мощности в системе СИ используют стандартные приставки. Например, кВт (киловатт): 1кВт=1000 Вт; МВт (мегаватт) 1 МВт$=^6Вт$ и т.д.
Единицы измерения электрической мощности в других системах единиц
В системе СГС (система основными единицами в которой служат: сантиметр, грамм и секунда) специального названия единица измерения мощности не имеет. В этой системе:
где $эрг$ — единица измерения энергии (работы) в СГС.
Примеры задач с решением
Задание. Электрическую мощность в цепи постоянного тока можно рассчитать, используя формулу: $P=I^2R,$ где $R$ — сопротивление участка цепи по которому проходит ток силы $I$. Получите единицы измерения электрической мощности из этой формулы.
Решение. По условию задачи в качестве основы для определения единиц измерения электрической мощности примем выражение:
Сила тока измеряется в амперах (A) — это одна из семи основных единиц системы СИ. Сопротивление измеряется в омах (Ом). Ом — является производной единицей системы СИ. Он выражается через основные единицы как:
Используем заданную формулу (1.1), имеем:
Ответ. При определении электрической мощности при помощи выражения $P=I^2R$ получаем, что мощность в системе СИ имеет единицу измерения ватт.
Задание. Две лампочки имеют мощности: $P_1=40$Вт и $P_2=100$Вт и номинальное напряжение $U_1=U_2=110\ В$. Их соединяют последовательно (рис.1) и подключают к источнику постоянного напряжения, величина которого $U=220\ В$.
Какую мощность будет потреблять при таком соединении каждая из лампочек? Ответ запишите в декаваттах (даВт).
Решение. Исходя из рис.1 мы видим, что лампочки соединены последовательно, значит, силы тока в каждой из них одинаковы, на падение напряжения зависит от сопротивления. Мощности, которые потребляют лампочки, найдем, применяя формулу:
запишем уравнение (2.1) для каждой лампочки:
Сопротивления нитей накаливания ламп определим из номинальных параметров:
Силу тока определим используя закон Ома для участка цепи, учитывая, что лампы соединены последовательно:
Решая уравнения (2.1)- (2.3), получаем:
Проведем вычисления, получим:
Учитывая соотношение между даВт и Вт:
Warning: file_put_contents(./students_count.txt): failed to open stream: Permission denied in /var/www/webmath-q2ws/data/www/webmath.ru/poleznoe/guide_content_banner.php on line 20
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 474 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Остались вопросы?
Здесь вы найдете ответы.
Единицы измерения мощности: разница кВА и кВт.
Активная мощность измеряется в кВт, а полная мощность измеряется в кВА.
ВА (Вольт-ампер) / кВА(Киловольт-ампер) – единица мощности переменного тока и рассчитывается как произведение действующих значений тока в цепи (в амперах) и напряжения на ее концах (в вольтах).
Вт (Ватт) / кВт (Киловатт) – мощность, при которой за 1 секунду совершается работа равная 1 джоулю. Ватт измеряется мощностью постоянного электрического тока силой 1 А при напряжении 1 вольт.
Только часть полной мощности (в ВА) участвует в совершении работы. Остальная мощность переходит в тепло.
Исходя из выше сказанного, полная и активная мощность – разные физические величины.
Cos «фи» или коэффициент мощности это отношение активной мощности к полной. Его максимальное значение равно единице.
На примере источника бесперебойного питания (ИБП):
Полная мощность ИБП «APC Smart-UPS RT 5000 ВА 230 В» (SRT5KXLI) равна 5 кВА, а активная 4,5 кВт. Коэффициент мощности ИБП равен 0,9. Следовательно, использовать данный ИБП необходимо с нагрузкой не более 4,5 кВт.
Что такое мощность тока
Возможно, одной из наиболее известных в быту физических величин является мощность электрического тока. Производная от ее единицы измерения — киловатт-час фигурирует в расчетах потребления электроэнергии при оплате услуг ЖКХ. На любом бытовом электроприборе всегда указывается его мощность. Но что такое мощность электрического тока, зачастую не всякий точно знает.
Определение мощности электротока
Общие положения
Мощность в физике обозначает скорость произведения работы — механического, теплового, светового, электромагнитного или какого-либо другого рода. Говоря иными словами, мощность характеризует, насколько быстро передается или преобразуется та или иная энергия, в данном случае электрическая. Этот параметр обозначается символом латинского алфавита P.
Единица измерения мощности в Международной системе (вне зависимости от природы энергии) получила название Ватт в честь шотландского инженера-механика Джеймса Уатта. Он считается «отцом» лошадиной силы — первой единицы измерения мощности, которой до сих пор пользуются для описания характеристики двигателей машин.
Джеймс Уатт
Определение мощности с помощью формул
Электрический ток бывает постоянным и переменным, поэтому для каждого вида используются свои методы, если возникает необходимость рассчитать мощность. В школьном курсе физики не рассматриваются формулы для переменного тока, поскольку они оперируют в области интегрального исчисления, изучаемого в высших учебных заведениях. В частном случае и для переменного, и для постоянного тока справедливой является формула мгновенной электрической мощности на участке цепи.
Значение мгновенной мощности
Физический смысл данного выражения состоит в том, что на рассматриваемом участке цепи берется напряжение (отношение работы A к величине заряда q) и сила тока (величина заряда q, переносимого за единицу времени t в электрической цепи), но в определенный, бесконечно малый промежуток времени. Поэтому если ток переменный, показатели его изменятся настолько мало, что этим можно пренебречь. Это называется мгновенным напряжением u(t) или U, и мгновенной силой тока i(t) или I. Тогда найти мощность можно с помощью такой формулы:
Выражение для мощности постоянного электротока
Для переменного тока это даёт лишь выражение характеристики в моменте, что не всегда практически необходимо. При работе с цепями постоянного тока данная формула полностью позволяет рассчитывать мощность и может быть модифицирована, если на участке цепи соблюдается закон Ома.
Суть закона Ома
Так как по выражению закона Ома сила тока I равна частному от деления напряжения U на сопротивление R, то после подстановки в уравнение мощности и путем простого сокращения можно получить формулу, согласно которой мощность в цепи постоянного тока равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление.
Вычисление мощности через напряжение
Мощность также можно выразить через силу тока.
Вычисление мощности через ток
При вычислении мощности в цепи переменного тока вводится дополнительный параметр, получивший название коэффициента мощности.
Вычисление мощности с учетом коэффициента
Когда в цепь встроена часть с ЭДС (любой сторонней силой, кроме кулоновской, действующей на электрические заряды), то она способна поглощать общую мощность тока системы или отдавать ее в зависимости от того, генерирует ли она электричество или потребляет его (питающий аккумулятор или электрический мотор). Тогда получаемая или отдаваемая электрическая мощность определяется по формуле:
Вычисление мощности через ЭДС
Здесь греческая буква ε (эпсилон) обозначает ЭДС. Эта характеристика измеряется в вольтах и в бытовом смысле идентична напряжению. R — это внешнее сопротивление, а r — это внутреннее сопротивление источника ЭДС.
Средства измерения
В электротехнике широко используются такие измерительные приборы как ваттметры и варметры. Последние являют собой тот же ваттметр, но несколько модифицированный, чтобы воспринимать компоненту переменного тока — реактивную мощность.
Измерительные приборы
Современные приборы обычно совмещают в себе возможности ваттметров и варметров. Измеряется мощность просто: два датчика в конструкции прибора подключаются один последовательно, а второй параллельно исследуемой нагрузке. В аналоговом приборе они взаимодействуют между собой с помощью магнитных полей. На основе этого взаимодействия происходит отклонение стрелки на табло, позволяющее понять, чему равна мощность, которая измерялась в конкретном случае. В цифровом ваттметре все поступающие данные компилирует процессор и выводит на цифровой экран.
В чем измеряется мощность
Электрические приборы характеризуются многими параметрами, одной из которых является мощность. Об этом многие слышали, но не каждый может точно объяснить, что это такое, в чем измеряется мощность и как ее определить.
Знание мощности помогает сравнивать однотипные устройства, подбирать необходимый источник питания, прогнозировать расход электроэнергии и некоторое другое. В первую очередь, конечно же, необходимо познакомиться с этим термином.
Что такое мощность электрического тока
Под мощностью электрического тока понимают некоторые изменения, связанные с энергией. Например, передача электроэнергии по проводам. В этом случае определяется мощность линии.
Или это может быть преобразование, так электродвигатель может совершать какую-то механическую работу, телефон преобразует электричество в радиоволны, расходует энергию на работу процессора, экрана и тому подобное. Получается, что под мощностью понимают потребление энергии за определенный промежуток времени.
Но есть и обратный процесс. Так генератор, напротив, вырабатывает электроэнергию, отдавая ее потребителю, обладает какой-то мощностью. Аккумулятор может быть как источником энергии, так и потребителем во время заряда. По своей сущности мощность является скалярной величиной и определяется в точечном отрезке времени.
Скалярная – величина, определяемая только числом, без указания направления движения электрического тока. |
Кроме того, сам потребитель может менять свою мощность в зависимости от поставленной задачи. На примере съемочной камеры это легче объяснить.
При работе камеры ток потребления один, если делается фотосъемка, то мощность другая, а если применяется вспышка, то мощность уже третья. И каждый раз можно определить потребление энергии с помощью простой формулы.
Формула расчета мощности, тока и напряжения
Сначала следует определить входящие в формулу единицы измерения мощности или определить, что делает электрическую энергию способной выполнять какие-либо действия?
Электрический заряд, из которого состоит ток, должен перемещаться, только в этом случае возможно его проявление, так как по определению электрический ток – это движение заряженных частиц по замкнутой цепи. Поэтому мощность напрямую зависит от количества перемещенной энергии за точку времени в определенной цепи.
Что заставляет заряды перемещаться? Это создаваемая источником питания разность потенциалов. Измеряется она в Вольтах и называется напряжением. Другое, что еще нужно учесть – количество зарядов, проходящих в этот момент через поперечное сечение проводника. Это называется силой тока и измеряется в Амперах. Вот две составляющие, которые необходимы для упрощенной формулы.
Что нужно сделать с этими составляющими? Чтобы проще было понять, будем считать, что напряжение отвечает за скорость передвижения, а ток за количество заряда. Пусть напряжение будет равно 1 единице, а ток начнется с 2 зарядов. В этом случае за единицу времени будет перемещено 2 заряда.
А если напряжение увеличить до 2 единиц? Тогда и зарядов будет перемещено в два раза больше, поскольку скорость перемещения будет увеличена.
Из этого делаем вывод: чтобы узнать мощность (количество перемещенных зарядов), необходимо напряжение умножить на ток. Подставив условные обозначения, получим формулу мощности: P=UI;
- где P – мощность,
- U – напряжение,
- I – сила тока.
Осталось узнать, в чем измеряется электрическая мощность.
Ватт и другие единицы измерения мощности
Впервые понятие ватт было использовано в 1882 году. До этого мощность измерялась в лошадиных силах. В международную систему этот термин был включен в 1960 году. Для обозначения используют букву W в международной системе и Вт, как русский эквивалент. Понятие мощности используется не только в электротехнике, мощность может быть:
- механической;
- тепловой;
- электромагнитной и так далее.
Если разбираться в чем измеряется мощность тока, то здесь существуют производные от основной единицы. Полный список приводится в таблице.
В быту чаще всего используются Ватты и килоВатты. И здесь может возникнуть путаница. Когда нужно узнать, в чем измеряется мощность, то следует уточнять, о чем идет речь. Дело в том, что есть еще одно измерение – киловатт в час. В чем разница между килоВатт и килоВатт в час?
Первое понятие указывает на мощность прибора, то есть способность прибора преобразовывать электрическую энергию во что-то другое. Например, лампочка мощностью 1 кВт способна за один час потребить энергию равную мощности в 1 кВт.
Лампочка мощностью 100 Вт за 10 часов потребит такую же энергию. А счетчик, который контролирует потребление энергии, за один час учитывает потребление всей энергии, проходящей через него. За этот же час может быть расходовано несколько килоВатт.
Получается, что мощность прибора не зависит от времени работы, а вот потребляемая мощность, напротив, напрямую связана со временем. Поскольку речь пошла о переменном токе, то следует также отметить, что и здесь не все так просто.
В чем измеряется активная, реактивная и полная мощность
Когда речь идет о постоянном токе, тогда приведенная выше формула применима к вычислению. Она также может быть использована для измерения мгновенного значения мощности в переменном токе, но что касается определения мощности в длительном временно́м значении, то здесь эта формула неприменима. Дело в том, что в переменном токе существует несколько определяемых мощностей:
- активная;
- реактивная;
- полная.
Сразу отметим, что полная мощность включает в себя активную и реактивную мощности. Что представляют собой эти составляющие и в чем измеряется мощность каждой из них?
Реактивная мощность , если не вдаваться в сложности, состоит из мощности нагрузки, в цепи которой включены индуктивности и (или) емкости.
Индуктивностью называются катушки, с сердечником или без. Например, трансформатор, двигатель, дроссель. Под емкостью подразумевают конденсаторы. |
Она определяется по формуле Q=U·I·sinφ. Единицей измерения служит ВАр (Вольт-Ампер реактивный) или var . Новая составляющая sinφ определяет сдвиг фазы в градусах или радианах. Что это значит?
При прохождении переменного тока через индуктивность ток начинает опаздывать от меняющегося напряжения. Связано это с электромагнитным полем, возникающим при прохождении через проводник тока. Это поле мешает менять направление. Такой сдвиг называют положительным.
Емкость, напротив, действует в обратном направлении. Конденсатор стремится сравнять разность потенциалов на своих обкладках. Поэтому ток опережает напряжение. Такой сдвиг называют отрицательным.
Активная мощность определяется по формуле P=U·I·cosφ. В цепи с активной нагрузкой емкостные и индуктивные составляющие выражены очень слабо. Измеряется в Ваттах (Вт) .
Полная мощность определяется суммой активной и реактивной мощности для вектора. Измеряется в Вольт Амперах для СИ, в России используется ВА (Вольт-Ампер) .
Мощность бытовых электрических приборов
Мощность служит основной характеристикой прибора, поэтому она указывается на каждом выпускаемой промышленностью электроприборе. Как варьирует эта мощность можно увидеть из таблицы.
Знание, в чем измеряется мощность прибора и что она характеризует, помогает согласовать нагрузку с источником тока, а это, в свою очередь, обеспечивает надежную работу всей системы.