Що означає повна вихідна потужність

0 Comments

Зміст:

Електрична потужність: формула, одиниці вимірювання

У кожного сучасного приладу є електрична потужність. Її цифрове значення вказується виробником на корпусі фена або електричного чайника, на кришці кухонного комбайна.

Одиниці вимірювання

Розрахунок електричної потужності дозволяє визначати вартість електричної енергії, що споживається різними приладами за певний проміжок часу. Ватти і кіловати в надлишковій кількості призводять до виходу з ладу проводів, деформації контактів.

Залежність між електричним струмом і потужністю, що споживається приладами

Електрична потужність являє собою роботу, яка здійснюється за проміжок часу. Прилад, включений у розетку, здійснює роботу, вимірювану у ваттах (Вт). На корпусі вказується кількість енергії, яка буде спожита приладом за певний проміжок часу, тобто дається споживана електрична потужність.

Потребова потужність

Вона витрачається на те, щоб у провіднику відбувалося переміщення електронів. У разі одного електрона, що має одиничний заряд, вона порівнянна з величиною напруги мережі. Повна енергія, яка необхідна для переміщення всіх електронів, буде визначатися як витвір напруги на число електронів, що знаходяться в ланцюгу при роботі електричного приладу. Нижче представлена формула електричної потужності:

Враховуючи, що кількість електронів, що протікають за проміжок часу через поперечний переріз провідника, являє собою електричний струм, можна уявити його у вираз для шуканої величини. Формула електричної потужності виглядатиме:

В реальності доводиться обчислювати не саму потужність, а величину струму, знаючи напругу мережі і номінальну потужність. Визначивши струм, який споживається певним приладом, можна співвіднести номінал розетки і автоматичного вимикача.

Приклади розрахунків

Для чайника, електрична потужність якого розрахована на два кіловати, споживаний струм визначається за формулою:

Щоб підключати такий прилад у звичайну електричну мережу, роз ‘єм, розрахований на 6 ампер, явно не підійде.

Наведені вище залежності між потужністю і електричним струмом доречні тільки при повному збігу за фазою значень напруги і струму. Практично для всіх побутових електричних приладів підходить формула електричної потужності.

Виняткові ситуації

У тому випадку, якщо в ланцюгу присутня велика ємність або індуктивність, використовувані формули будуть недостовірними, ними не можна користуватися для проведення математичних розрахунків. Наприклад, електрична потужність для двигуна змінного струму буде визначатися наступним чином:

cos – це коефіцієнт потужності, який для електричних двигунів становить 0,6-0,8 одиниць.

Визначаючи параметри приладу в трифазній мережі з напругою 380 В, необхідно підсумувати потужність з окремих величин для кожної фази.

Приклад розрахунку

Наприклад, у разі трифазного котла, розрахованого на потужність в 3 кВт, в кожній фазі споживається по 1 кВт. Розрахуємо величину фазного струму за формулою:

I = P/U _ ф = (1 * 1000 )/220 = 4, 5А.

Для сучасної людини характерне постійне застосування на виробництві і в побуті електрики. Він використовує прилади, які споживають електричний струм, застосовує такі пристрої, які його виробляють. Працюючи з такими джерелами, важливо враховувати ті максимальні можливості, які передбачаються в технічних характеристиках.

Така фізична величина, як електрична потужність, є одним з основних показників будь-якого приладу, що функціонує при протіканні через нього потоку електронів. Для транспортування або передачі електричних потужностей у великому обсязі, необхідної у виробничих умовах, застосовуються високовольтні лінії електричних передач.

Перетворення енергії виконується на потужних трансформаторних підстанціях. Трифазне перетворення характерне для промислових і побутових приладів різної сфери застосування. Наприклад, завдяки такому перетворенню, функціонують лампи розжарювання різного номіналу.

У теоретичній електротехніці існує таке поняття, як миттєва електрична потужність. Пов ‘язана така величина з протіканням через певну поверхню за незначний часовий проміжок одиничного елементарного заряду. Відбувається здійснення роботи цим зарядом, який і пов ‘язаний з поняттям миттєвої потужності.

Виконуючи нескладні математичні обчислення, можна визначити величину потужності. Знаючи цю величину, можна підбирати напругу для повноцінного функціонування різноманітних побутових і промислових приладів. У такому випадку можна уникнути ризиків, пов ‘язаних з перегорянням дорогих електричних приладів, а також з необхідністю періодично змінювати в квартирі або офісі електричну проводку.

Потужність

Поняття потужності школярі вивчають під час уроків фізики у 7 класі. З цим поняттям ми часто стикаємося у житті, коли говоримо про потужність побутових приладів чи автомобілів. Давайте розберемося, що таке потужність у фізиці та в механіці, якою літерою вона позначається та в чому вимірюється.

Визначення потужності

Допустимо, нам необхідно прибрати врожай пшениці з поля площею 100 га. Це можна зробити вручну чи за допомогою комбайна. Очевидно, що поки що людина обробить 1 га площі, комбайн встигне зробити набагато більше. У цьому випадку різниця між людиною та технікою — саме те, що називають потужністю. Звідси випливає перше визначення.

Потужність у фізиці – це кількість роботи, яка здійснюється за одиницю часу.

Розглянемо інший приклад: між точкою А та точкою Б відстань 15 км, яку людина проходить за 3 години, а автомобіль може проїхати всього за 10 хвилин. Зрозуміло, що те саме кількість роботи вони зроблять за різний час. Що вказує потужність у цьому випадку? Як швидко або з якою швидкістю виконується певна робота.

У електромеханіці ця величина має ще одне визначення.

Потужність — це скалярна фізична величина, яка характеризує миттєву швидкість передачі енергії від системи до системи або швидкість перетворення, зміни , споживання енергії.

Нагадаємо, що скалярними величинами називаються ті, значення яких виражається лише числом (без вектора напряму).

Потужність людини залежно від діяльності

Потужність, Вт

Біг зі швидкістю 9 км/год

Плавання зі швидкістю 50 м/хв

Як позначається потужність: одиниці вимірювання

У таблиці вище ви побачили позначення у ватах, і читаючи інструкції до побутової техніки, можна побачити, що з характеристик приладу обов’язково зазначено кількість ватів. Це одиниця виміру механічної потужності, що використовується в міжнародній системі СІ. Вона позначається буквою W чи Вт.

Вимір потужності у ватах був прийнятий на честь шотландського вченого Джеймса Уатта — винахідника парової машини. Він став одним із родоначальників англійської промислової революції.

У фізиці прийнято наступне позначення потужності: 1 Вт = 1 Дж/1с.

Це означає, що за 1 ват прийнята потужність, необхідна для здійснення роботи в 1 джоуль за 1 секунду.

У яких одиницях ще вимірюється потужність? Вчені-астрофізики вимірюють її в ергах в секунду (ерг/сек), а в автомобілебудуванні досі можна почути про кінські сили.

Цікаво, що автором цієї останньої одиниці виміру став той самий шотландець Джеймс Уатт. На одній із пивоварень, де він проводив свої дослідження, господар накачував воду для виробництва за допомогою коней. І Уатт з’ясував, що 1 кінь за секунду піднімає близько 75 кг води на висоту 1 метр. Ось так і з’явився вимір у кінських силах. Щоправда, сьогодні таке позначення потужності у фізиці вважається застарілим.

Одна кінська сила – це потужність, необхідна для підняття вантажу в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. ?

1 ерг у секунду

1 метрична кінська сила

Всі формули потужності

Знаючи визначення, неважко зрозуміти формули потужності, що використовуються в різних розділах фізики — в механіці та електротехніці.

У механіці

Механічна потужність (N) дорівнює відношенню роботи до часу, за який вона була виконана.

N = A/t, де A — робота, t — час виконання.

Якщо згадати, що роботою називається добуток модуля сили, модуля переміщення та косинуса кута між ними, ми отримаємо формулу вимірювання роботи.

Якщо напрямки модуля докладання сили та модуля переміщення об’єкта збігаються, кут буде дорівнює 0 градусів, а його косинус дорівнює 1. У такому випадку формулу можна у такому випадку формулу :

A = F × S

Використовуємо цю формулу для обчислення потужності:

N = A/t = F × S/t = F × V

В останньому виразі ми виходимо з того, що швидкість (V) дорівнює відношенню переміщення об’єкта на час, за який це переміщення сталося.

В електротехніці

Загалом електрична потужність (P) говорить про швидкість передачі енергії. Вона дорівнює добутку напруги на ділянці ланцюга на величину струму, що проходить по цій ділянці.

P = I × U, де I – напруга, U – сила струму.

В електротехніці існує кілька видів потужності: активна, реактивна, повна, пікова тощо. Але це тема окремого матеріалу, зараз ми потренуємося вирішувати завдання на основі загального розуміння цієї величини. Подивимося, як знайти потужність, використовуючи вищезгадані формули з фізики.

Завдання 1

Припустимо, людина піднімає відро води з колодязя, прикладаючи силу 60 Н. Глибина колодязя становить 10 м, а час, необхідний підняття — 30 сек. Якою буде потужність людини в цьому випадку?

Рішення:

Знайдемо спочатку величину роботи, використовуючи той факт, що ми знаємо відстань переміщення (глибину колодязя 10 м ) та прикладену силу 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Коли відомо значення роботи та часу, знайти потужність нескладно:

N = A/t = 600 Дж/30 сек = 20 Вт

Відповідь:потужність людини при піднятті відра – 20 ват.

Завдання 2

У кімнаті включено лампу потужністю 100 Вт. Напруга домашньої електромережі – 220 В. Яка сила струму проходить через цю лампу?

Рішення:

Ми знаємо, що Р = 100 Вт, а U = 220 В.

Оскільки P = I × U, отже I = P/U.

I = 100/220 = 0,45 А.

Відповідь : через лампу пройде сила струму 0,45 А.

Питання для самоперевірки

  1. Що характеризує механічна потужність?
  2. Які існують одиниці виміру потужності у фізиці?
  3. Яка з одиниць виміру вважається застарілою?
  4. Потужність можна назвати скалярною величиною? Що це означає?
  5. Як із формули знаходження потужності отримати роботу?
  6. Якою літерою позначається потужність у механіці, а який — в електротехніці?
  7. Яку роботу виконує за 30 хвилин пристрій потужністю 600 Вт? Як дізнатися напругу в мережі, якщо ми знаємо потужність підключеного до неї приладу та силу струму, що проходить через прилад?
  8. Якщо протягом 1 години автомобіль №1 їде зі швидкістю 60 км/год, а автомобіль №2 — з швидкістю 90 км/год, чи однакову потужність вони розвивають у цей час?
  9. Припустимо, автобус відвіз пасажирів з міста А до міста В за 1 годину. Якщо він планує повернутися до міста А порожнім тією ж трасою і витратити на це 1 годину, йому знадобиться розвинути таку ж потужність чи меншу?

Потужність — формула, визначення, види

При роботі з електричним струмом важливо знати, яка використовується потужність. Формула її залежить від конкретних умов.

Правильно розрахувавши цю величину, можна забезпечити використовувані електроприлади потрібною кількістю енергії.

Що таке потужність

Ця величина являє собою кількість енергії, яка витрачається протягом одиниці часу. Вона виражає інтенсивність її витрати.

Це поняття аналогічне механічній потужності у фізиці.

Що впливає на потужність струму

На цю величину впливає сила струму, що проходить по ланцюгу, і прикладена до неї напруга. Правильний розрахунок цієї величини необхідний вже на етапі проєктування.

Кабель, що живить електроприлад, повинен мати такі параметри, щоб він міг подавати потрібну кількість електричної енергії для роботи.

Потужність в ланцюзі постійного струму

При наявності постійного струму в мережі потужність являє собою витрату енергії в одиницю часу. Її одиницею виміру є ВАТ.

В електричній мережі мова йде про енергію, яка витрачається на переміщення електронів під дією електричного поля.

Потужність в ланцюзі змінного струму

В цьому випадку вона складається з двох компонентів: активної і реактивної потужності. Активна – це та, яка виділяється на активних елементах. Реактивна забезпечується за допомогою наявних в ланцюзі ємності і індуктивності.

Реактивна енергія то концентрується в елементі, то повністю віддається в мережу. По фазі вона зрушена на 90 градусів.

Загальна потужність обчислюється на основі активної і реактивної за теоремою Піфагора.

Розрахунок потужності по струму і напрузі

В цьому випадку вона дорівнює добутку підведеної напруги U і сили струму I, що проходить через ланцюг. У таких схемах присутні тільки активні елементи. Вони мають назву активних.

Формула корисної потужності записується наступним чином:

Однак іноді потрібно виконати розрахунок цієї величини на підставі опору і напруги. У цьому випадку після застосування закону Ома формула прийме такий вигляд:

Якщо потрібно виразити розглянуту величину через I і R, то можна записати формулу наступним чином:

При розгляді потужності змінного струму розглядається кілька різновидів цієї величини:

1. Миттєва потужність характеризує значення цієї характеристики протягом дуже короткого періоду часу. Оскільки постійно відбувається зміна сили струму і напруги, то ця величина буде постійно змінюватися, її формула виглядає наступним чином:

  • Тут використовуються миттєві значення I і U. Символ “омега” – це кругова частота змінного струму, а “фі” – зсув по фазі;

2. Активна потужність показує втрату енергії, пов’язану тільки з активними елементами. Для неї застосовується така формула:

3. Реактивна потужність виникає при наявності індуктивності або ємності. Такі елементи то накопичують енергію, то повністю віддають її в ланцюг. Формула для її розрахунку виглядає наступним чином:

Тут X позначає активний опір.

Повна потужність електричного кола змінного струму знаходиться на основі значень активної і реактивної величини. Їх зображують графічно під прямим кутом.

Якщо побудувати з їх допомогою прямокутник, то довжина його діагоналі буде показувати повну потужність. Її можна знайти з використанням теореми Піфагора:

Позначення повної потужності – S. Для більш точних обчислень можна скористатися онлайн калькулятором.

Однофазні навантаження

У цьому випадку P обчислюють за такою формулою:

Тут символом “фі” позначений зсув між струмом і напругою по фазі.

Розрахунок потужності в трифазної мережі

Для трифазної мережі розглянута величина є сумою трьох доданків:

Підсумовування відбувається з урахуванням всіх трьох фаз.

Баланс потужностей в електричному ланцюзі

У будь-якого електричного кола повинен бути забезпечений баланс потужностей електрики. При цьому споживана потужність повинна відповідати тій, яка виробляється джерелом струму. При цьому в ланцюзі може бути кілька джерел струму для споживаної потужності.

Сказане можна проілюструвати на наступному прикладі.

На схемі присутні два джерела струму і чотири активних елементів у вигляді резисторів. У лівій частині мінус використовується через те, що напрямок електрорушійної сили не збігається з тим, який є у струму.