Опубликовано Калькулятор перевода силы тока в мощность (амперы в киловатты)
Мощность — энергия, потребляемая нагрузкой от источника в единицу времени (скорость потребления, измеряется в Ватт). Сила тока — количество энергии, прошедшей за величину времени (скорость прохождения, измеряется в амперах).
Мощность численно равна произведению тока, протекающего через нагрузку, и приложенного к ней напряжения.
Чтобы перевести Ватты в Амперы, понадобится формула: I = P / U, где I – это сила тока в амперах; P – мощность в ваттах; U – напряжение у вольтах.
Если сеть трехфазная, то I = P/(√3xU), поскольку нужно учесть напряжение в каждой из фаз. Корень из трех приблизительно равен 1,73. Чтобы перевести ток в мощность (узнать, сколько в 1 ампере ватт), надо применить формулу:
P = I * U или P = √3 * I * U, если расчеты проводятся в 3-х фазной сети 380 V.
Таблица перевода Ампер – Ватт:
220 В | 380 В |
| |
100 Ватт | 0,45 | 0,15 | Ампер |
200 Ватт | 0,91 | 0,3 | Ампер |
300 Ватт | 1,36 | 0,46 | Ампер |
400 Ватт | 1,82 | 0,6 | Ампер |
500 Ватт | 2,27 | 0,76 | Ампер |
600 Ватт | 2,73 | 0,91 | Ампер |
700 Ватт | 3,18 | 1,06 | Ампер |
800 Ватт | 3,64 | 1,22 | Ампер |
900 Ватт | 4,09 | 1,37 | Ампер |
1000 Ватт | 4,55 | 1,52 | Ампер |
Допустим, что вы живете в квартире со старым электросчетчиком, и у вас установлена автоматическая пробка на 16 Ампер.
Чтобы определить, какую мощность «потянет» пробка, нужно перевести Амперы в киловатты. Для удобства расчетов принимаем cosФ за единицу. Напряжение нам известно – 220 В, ток тоже, давайте переведем: 220*16*1=3520 Ватт или 3,5 киловатта – ровно столько вы можете подключить единовременно.
Сложнее дело обстоит с электродвигателями, у них есть такой показатель как коэффициент мощности. Если полная мощность двигателя 5,5 киловатт, то потребляемая активная мощность 5,5*0,87= 4,7 киловатта. Стоит отметить, что при выборе автомата и кабеля для электродвигателя нужно учитывать полную мощность, поэтому нужно брать ток нагрузки, который указан в паспорте к двигателю. И также важно учитывать пусковые токи, так как они значительно превышают рабочий ток двигателя.
Как рассчитать мощность электрического тока?
Большинство бытовых приборов, подключаемых к сети, характеризуются таким параметром, как электрическая мощность устройства. С физической точки зрения мощность представляет собой количественное выражение совершаемой работы. Поэтому для оценки эффективности того или иного устройства вам необходимо знать нагрузку, которую он будет создавать в цепи. Далее мы рассмотрим особенности самого понятия и как найти мощность тока, обладая различными характеристиками самого устройства и электрической сети.
Понятие электрической мощности и способы ее расчета
С электротехнической точки зрения она представляет собой количественное выражение взаимодействия энергии с материалом проводников и элементами при протекании тока в электрической цепи. Из-за наличия электрического сопротивления во всех деталях, задействованных в проведения электротока, направленное движение заряженных частиц встречает препятствие на пути следования. Это и обуславливает столкновение носителей заряда, электроэнергия переходит в другие виды и выделяется в виде излучения, тепла или механической энергии в окружающее пространство. Преобразование одного вида в другой и есть потребляемая мощность прибора или участка электрической цепи.
В зависимости от параметров источника тока и напряжения мощность также имеет отличительные характеристики. В электротехнике обозначается S, P и Q, единица измерения согласно международной системы СИ – ватты. Вычислить мощность можно через различные параметры приборов и электрических приборов. Рассмотрим каждый из них более детально.
Через напряжение и ток
Наиболее актуальный способ, чтобы рассчитать мощность в цепях постоянного тока – это использование данных о силе тока и приложенного напряжения. Для этого вам необходимо использовать формулу расчета: P = U*I
Где:
Этот вариант подходит только для активной нагрузки, где постоянный ток не обеспечивает взаимодействия с реактивной составляющей цепи. Чтобы найти мощность вам нужно выполнить произведение силы тока на напряжение. Обе величины должны находиться в одних единицах измерения – Вольты и Амперы, тогда результат также получится в Ваттах. Можно использовать и другие способы кВ, кА, мВ, мА, мкВ, мкА и т.д., но и параметр мощности пропорционально изменит свой десятичный показатель.
Через напряжение и сопротивление
Для большинства электрических устройств известен такой параметр, как внутреннее сопротивление, которое принимается за константу на весь период их эксплуатации. Так как бытовые или промышленные единицы подключаются к источнику с известным номиналом напряжения, определять мощность достаточно просто. Активная мощность находится из предыдущего соотношения и закона Ома, согласно которого ток на участке прямо пропорционален величине приложенного напряжения и имеет обратную пропорциональность к сопротивлению:
I = U/R
Если выражение для вычисления токовой нагрузки подставить в предыдущую формулу, то получится такое выражение для определения мощности:
P = U*(U/R)=U2/R
Где,
- P – величина нагрузки;
- U – приложенная разность потенциалов;
- R – сопротивление нагрузки.
Через ток и сопротивление
Бывает ситуация, когда разность потенциалов, приложенная к электрическому прибору, неизвестна или требует трудоемких вычислений, что не всегда удобно. Особенно актуален данный вопрос, если несколько устройств подключены последовательно и вам неизвестно, каким образом потребляемая электроэнергия распределяется между ними. Подход в определении здесь ничем не отличается от предыдущего способа, за основу берется базовое утверждение, что электрическая нагрузка рассчитывается как
Поэтому ее мы также выведем из закона Ома, согласно которого нам известно, что падение напряжения на каком-либо отрезке линии или электроустановки прямо пропорционально току, протекающему по этому участку и сопротивлению отрезка цепи:
U=I*R
после того как выражение подставить в формулу мощности, получим:
P = (I*R)*I =I2*R
Как видите, мощность будет равна квадрату силы тока умноженной на сопротивление.
Полная мощность в цепи переменного тока
Сети переменного тока кардинально отличаются от постоянного тем, что изменение электрических величин, приводит к появлению не только активной, но и реактивной составляющей. В итоге суммарная мощность будет также состоять активной и реактивной энергии:
Где,
- S – полная мощность
- P – активная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с активным сопротивлением;
- Q – реактивная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с реактивным сопротивлением.
Также составляющие вычисляются через тригонометрические функции, так:
P = U*I*cosφ
Q = U*I*sinφ
что активно используется в расчете электрических машин.
Рис. 1. Треугольник мощностейПример расчета полной мощности для электродвигателя
Отдельный интерес представляет собой нагрузка, подключенная к трехфазной сети, так как электрические величины, протекающие в ней, напрямую зависят от номинальной нагрузки каждой из фаз.
Особенность питания и асинхронной и синхронной электрической машины заключается в том, что на обмотки может подаваться и фазное и линейное напряжение. Тот или иной вариант, как правило, обуславливается способом соединения обмоток электродвигателя. Тогда мощность будет вычисляться по формуле:
S = 3*Uф*Iф
В случае выполнения расчетов с линейным напряжением, чтобы найти мощность формула примет вид:
Активная и реактивная мощности будут вычисляться по аналогии с сетями переменного тока, как было рассмотрено ранее.
Теперь рассмотрим вычисления на примере конкретной электрической машины асинхронного типа. Следует отметить, что официальная производительность, указываемая в паспортных данных электродвигателя – это полезная мощность, которую двигатель может выдать при совершении оборотов вала. Однако полезная кардинально отличается от полной, которую можно вычислить за счет коэффициента мощности.
Рис. 2. Шильд электродвигателяКак видите, для вычислений с шильда мы возьмем следующую информацию об электродвигателе:
- полезная производительность – 3 кВт, а в переводе на систему измерения – 3000 Вт;
- коэффициент полезного действия – 80%, а в пересчете для вычислений будем пользоваться показателем 0,8;
- тригонометрическая функция соотношения активных и реактивных составляющих – 0,74%;
- напряжение, при соединении обмоток треугольником составит 220 В;
- сила тока при том же способе соединения – 13,3 А.
С таким перечнем характеристик можно воспользоваться несколькими способами:
S = 1,732*220*13,3 = 5067 Вт
Чтобы найти искомую величину, сначала определяем активную составляющую:
P = Pполезная / КПД = 3000/0.
8 = 3750 Вт
Далее полную по способу деления активной на коэффициент cos φ:
S = P/cos φ = 3750/0.74 = 5067 Вт
Как видите, и в первом, и во втором случае искомая величина получилась одинакового значения.
Примеры задач
Для примера рассмотрим вычисление на участках электрической цепи с последовательным и параллельным соединением элементов. Первый вариант предусматривает ситуацию, когда все детали соединяются друг за другом от одного полюса источника питания до другого.
Рис. 3. Последовательная расчетная цепьКак видите на рисунке, в качестве источника мы используем батарейку с номинальным напряжением 9 В и три резистора по 10, 20 и 30 Ом соответственно. Так как номинальный ток нам не известен, расчет произведем через напряжение и сопротивление:
P = U2/R = 81 / (10+20+30) = 1.35 Вт
Для параллельной схемы подключения возьмем в качестве примера участок цепи с двумя резисторами и одним источником тока:
Рис. 4. Параллельная схема подключенияКак видите, для удобства расчетов нам нужно привести параллельно подключенные резисторы к схеме замещения, из чего получится:
Rобщ = (R1*R2) / (R1+R2) = (10*15) / (10+15) = 6 Ом
Тогда искомый номинал нагрузки мы можем узнать через значение тока и сопротивления:
P = I2*R = 25*6 = 150 Вт
Видео по теме
Мощность электрического тока — Основы электроники
Обычно электрический ток сравнивают с течением жидкости по трубке, а напряжение или разность потенциалов — с разностью уровней жидкости.
В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет с собой определенное количество энергии. В условиях свободного падения эта энергия растрачивается бесполезно для человека. Если же направить падающий поток воды на лопасти турбины, то последняя начнет вращаться и сможет производить полезную работу.
Работа, производимая потоком воды в течение определенного промежутка времени, например, в течение одной секунды, будет тем больше, чем с большей высоты падает поток и чем больше масса падающей воды.
Точно так же и электрический ток, протекая по цепи от высшего потенциала к низшему, совершает работу. В каждую данную секунду времени будет совершаться тем больше работы, чем больше разность потенциалов и чем большее количество электричества ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи.
Мощность электрического тока это количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы.
Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) и силе тока в цепи.
Для измерения мощности электрического тока принята единица, называемая ватт (Вт).
Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В.
Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нужно силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах.
Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы
P = I*U. (1)
Воспользуемся этой формулой для решения числового примера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА
Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы:
Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт.
Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно.
В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотношением из закона Ома:
U=IR
и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U.
Тогда формула (1) примет вид:
P = I*U =I*IR
или
Р = I2*R. (2)
Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем:
P= I2*R = (0,5)2*5 =0,25*5 = 1,25 Вт.
Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том случае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:
Р = I*U=U2/R (3)
Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопротивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна:
Р = U2/R=(2,5)2/5=1,25 Вт
Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома.
Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды.
P = A/t
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
Добавить комментарий
Как определить мощность электродвигателя
Как устроен электродвигатель
В основе работы мотора лежит принцип электромагнитной индукции. Прибор состоит из двух частей. Неподвижная часть — статор для двигателей переменного тока или индуктор для двигателей постоянного тока.
Подвижная часть — ротор для двигателей переменного тока или якорь для двигателей постоянного тока. Производители выпускают моторы разных технических характеристик и комплектаций, но подвижная и неподвижная часть остаются без изменений.
Что такое мощность электродвигателя
Мощность электродвигателя характеризует скорость преобразования электрической энергии, ее принято измерять в ваттах. Чтобы понять, как это работает, нам понадобится две величины: сила тока и напряжение. Сила тока — количество тока, которое проходит через поперечное сечение за какой-то отрезок времени, ее принято измерять в амперах. Напряжение — величина, равная работе по перемещению заряда между двумя точками цепи, ее принято измерять в вольтах.
Если говорить простыми словами, силу тока и напряжение можно сравнить с водой. Сила тока — скорость, с которой течет вода по трубам. Напряжение видно на примере двух емкостей, соединенные между собой трубкой. Если вы поставите одну емкость выше другой, вода будет вытекать до тех пор, пока уровни в обеих емкостях не сравняются. Именно перепад высот и будет напряжением. После того, как вы поставите заглушку между двумя емкостями, течение воды (ток) остановится, но напряжение останется.
Для расчета мощности используется формула N = A/t, где:
N — мощность;
А — работа;
t — время.
Расчет мощности электродвигателя
Производители указывают на электрооборудовани все технические параметры. «Зачем тогда делать какой-то расчет?», — скажете вы. Но дело в том, что заявленная мощность — это не фактическая мощность электродвигателя, а максимально допустимая мощность электропотока. Так что, если на вашей технике или инструменте указана мощность, к примеру, в 1000 Вт, это совсем не то, о чем вы думаете.
Три способа определить мощность электродвигателя
Для расчета мощности существует не один десяток способов. Мы не будем говорить о каждом из них, остановившись лишь на самым простых и доступных.
Первый способ.
Расчет по таблицамДля этого способа расчета вам понадобится линейка или штангенциркуль. С их помощью измерьте диаметр вала вашего электродвигателя, длину мотора (выступающие части вала не учитывайте) и расстояние до оси. С использованием полученных цифр вы сможете определить мощность электродвигателя по таблицам технических характеристик двигателей. Найти такие таблицы не составит труда — они есть в открытом доступе в сети интернет. Открыв таблицу, определите серию электродвигателя и, соответственно, его технические характеристики.
Второй способ. Расчет по счетчику
Указанный способ считается самым простым, вам не понадобятся ни дополнительное оборудование, ни расчеты. Перед тем, как приступить к измерению мощности электродвигателя, выключите все электроприборы из сети. Включите испытуемый электродвигатель и запустите его в работу на 5-7 минут. Если в вашем доме установлен современный счетчик, он покажет нагрузку в киловаттах.
Третий способ. Расчет по габаритам
Для этого способа вам понадобится линейка или штангенциркуль. Измерьте диаметр сердечника с внутренней стороны и длину (учитывайте длину отверстий вентиляции). Определите частоту сети и синхронную частоту вращения вала. Умножьте диаметр сердечника в сантиметрах на синхронную частоту вращения вала, полученное значение умножьте на 3,14, поделите на частоту сети, умноженную на 120.
Узнать мощность электродвигателя по диаметру вала без бирки
При замене сломанного советского электродвигателя на новый, часто оказывается, что на нем нет шильдика. Нам часто задают вопросы: как узнать мощность электродвигателя? Как определить обороты двигателя? В этой статье мы рассмотрим, как определить параметры электродвигателя без бирки — по диаметру вала, размерам, току.
Заказать новый электродвигатель по телефону
Как определить мощность?
Существует несколько способов определения мощности электродвигателя: диаметру вала, по габариту и длине, по току и сопротивлению, замеру счетчиком электроэнергии.
По габаритным размерам
Все электродвигатели отличаются по габаритным размерам. Определить мощность двигателя можно сравнив габаритные размеры с таблицей определения мощности электродвигателя, перейдя по ссылке габаритно-присоединительные размеры электродвигателей АИР.
Какие размеры необходимо замерить:- Длина, ширина, высота корпуса
- Расстояние от центра вала до пола
- Длина и диаметр вала
- Крепежные размеры по лапам (фланцу)
По диаметру вала
Определение мощности электродвигателя по диаметру вала — частый запрос для поисковых систем. Но для точного определения этого параметра недостаточно – два двигателя в одном габарите, с одинаковыми валами и частотой вращения могут иметь различную мощность.
Таблица с привязкой диаметров валов к мощности и оборотам для двигателей АИР и 4АМ.
| Мощность электродвигателя Р, кВт | Диаметр вала, мм | Переход к модели | |||
| 3000 об/мин | 1500 об/мин | 1000 об/мин | 750 об/мин | ||
| 0,18 | 11 | 11 | 14 | — | АИР56А2, АИР56В4, АИР63А6 |
| 0,25 | 14 | 19 | АИР56В2, АИР63А4, АИР63В6, АИР71В8 | ||
| 0,37 | 14 | 19 | 22 | АИР63А2, АИР63В4, АИР71А6, АИР80А8 | |
| 0,55 | 19 | АИР63В2, АИР71А4, АИР71В6, АИР80В8 | |||
| 0,75 | 19 | 22 | 24 | АИР71А2, АИР71В4, АИР80А6, АИР90LA8 | |
| 1,1 | 22 | АИР71В2, АИР80А4, АИР80В6, АИР90LB8 | |||
| 1,5 | 22 | 24 | 28 | АИР80А2, АИР80В4, АИР90L6, АИР100L8 | |
| 2,2 | 24 | 28 | 32 | АИР80В2, АИР90L4, АИР100L6, АИР112МА8 | |
| 3 | 24 | 32 | АИР90L2, АИР100S4, АИР112МА6, АИР112МВ8 | ||
| 4 | 28 | 28 | 38 | АИР100S2, АИР100L4, АИР112МВ6, АИР132S8 | |
| 5,5 | 32 | 38 | АИР100L2, АИР112М4, АИР132S6, АИР132М8 | ||
| 7,5 | 32 | 38 | 48 | АИР112M2, АИР132S4, АИР132М6, АИР160S8 | |
| 11 | 38 | 48 | АИР132M2, АИР132М4, АИР160S6, АИР160М8 | ||
| 15 | 42 | 48 | 55 | АИР160S2, АИР160S4, АИР160М6, АИР180М8 | |
| 18,5 | 55 | 60 | АИР160M2, АИР160M4, АИР180М6, АИР200М8 | ||
| 22 | 48 | 55 | 60 | АИР180S2, АИР180S4, АИР200М6, АИР200L8 | |
| 30 | 65 | АИР180M2, АИР180M4, АИР200L6, АИР225М8 | |||
| 37 | 55 | 60 | 65 | 75 | АИР200M2, АИР200M4, АИР225М6, АИР250S8 |
| 45 | 75 | 75 | АИР200L2, АИР200L4, АИР250S6, АИР250M8 | ||
| 55 | 65 | 80 | АИР225M2, АИР225M4, АИР250M6, АИР280S8 | ||
| 75 | 65 | 75 | 80 | АИР250S2, АИР250S4, АИР280S6, АИР280M8 | |
| 90 | 90 | АИР250М2, АИР250M4, АИР280M6, АИР315S8 | |||
| 110 | 70 | 80 | 90 | АИР280S2, АИР280S4, АИР315S6, АИР315M8 | |
| 132 | 100 | АИР280M2, АИР280M4, АИР315M6, АИР355S8 | |||
| 160 | 75 | 90 | 100 | АИР315S2, АИР315S4, АИР355S6 | |
| 200 | АИР315M2, АИР315M4, АИР355M6 | ||||
| 250 | 85 | 100 | АИР355S2, АИР355S4 | ||
| 315 | — | АИР355M2, АИР355M4 | |||
По показанию счетчика
Как правило измерение счетчика отображаются в киловаттах (далее кВт).
Для точности измерения стоит отключить все электроприборы или воспользоваться портативным счетчиком. Мощность электродвигателя 2,2 кВт, подразумевает что он потребляет 2,2 кВт электроэнергии в час.
Для измерения мощности по показанию счетчика нужно:
- Подключить мотор и дать ему поработать в течении 6 минут.
- Замеры счетчика умножить на 10 – получаем точную мощность электромотора.
Расчет мощности по току
Для начала нужно подключить двигатель к сети и замерить показатели напряжения. Замеряем потребляемый ток на каждой из обмоток фаз с помощью амперметра или мультиметра. Далее, находим сумму токов трех фаз и умножаем на ранее замеренные показатели напряжения, наглядно в формуле расчета мощности электродвигателя по току.
- P – мощность электродвигателя;
- U – напряжение;
- Ia – ток 1 фазы;
- Ib – 2 фазы;
- Ic – 3 фазы.
Определение оборотов вала
Асинхронные трехфазные двигатели по частоте вращения ротора делятся 4 типа: 3000, 1500, 1000 и 750 об. мин. Приводим пример маркировки на основании АИР 180:
- АИР 180 М2 – где 2 это 3000 оборотов.
- АИР 180 М4 – 4 это 1500 об. мин.
- АИР 180 М6 – 6 обозначает частоту вращения 1000 об/мин.
- АИР 180 М8 – 8 означает, что частота вращения выходного вала 750 оборотов.
Самый простой способ определить количество оборотов трехфазного асинхронного электродвигателя – снять задний кожух и посмотреть обмотку статора.
У двигателя на 3000 об/мин катушка обмотки статора занимает половину окружности — 180 °, то есть начало и конец секции параллельны друг другу и перпендикулярны центру. У электромоторов 1500 оборотов угол равен 120 °, у 1000 – 90 °. Схематический вид катушек изображен на чертеже. Все обмоточные данные двигателей смотрите в таблице.
Узнать частоту вращения с помощью амперметра
Узнать обороты вала двигателя, можно посчитав количество полюсов. Для этого нам понадобится миллиамперметр — подключаем измерительный прибор к обмотке статора.
При вращении вала двигателя стрелка амперметра будет отклонятся. Число отклонений стрелки за один оборот – равно количеству полюсов.
Если не получилось узнать мощность и обороты
Если не получилось узнать мощность и обороты электродвигатели или вы не уверены в измерениях – обращайтесь к специалистам «Систем Качества». Наши специалисты помогут подобрать нужный мотор или провести ремонт сломанного электродвигателя АИР.
Как узнать мощность электродвигателя?
Чаще всего мощность двигателя обозначена в техническом паспорте к устройству и продублирована на корпусе, где есть специальная наклейка или планка с основными техническими параметрами.
Однако нередко случается, что данные на корпусе являются не читаемыми, а технический паспорт давно утерян.
Как же в таком случае выяснить параметры мощности электромотора?
Определение по счетчику:
При отсутствии маркировки на корпусе электромотора можно вычислить его мощность несколькими способами. Самым простым методом является вычисление по счетчику электричества: потребуется отсоединить от этого прибора все прочие устройства, подключить электродвигатель и запустить его под нагрузкой на 5-7 минут. Большинство современных счетчиков выдает показатель нагрузки в киловаттах, и полученный показатель и будет исковым результатом.
Вычисление по таблицам:
Другим способом определения мощности мотора является расчет по данным из таблиц. Для этого понадобится измерить диаметр вала, длину мотора без учета выступающей части вала, а также расстояние до оси. По этим параметрам можно выяснить, к какой серии относится данный мотор, и найти его технические характеристики, в том числе мощность. В сети можно отыскать технические таблицы по двигателям постоянного и переменного тока, где по найденному значению легко отыскать тип устройства и его мощность.
Вычисление по габаритам:
По данному способу необходимо провести следующие действия:
- Измерить диаметр сердечника в статоре по внутренней части, а также длину с учетом отверстий вентиляции. Значение выражается в сантиметрах.
- Вычислить частоту сети, к которой подключен электродвигатель, и синхронную частоту валового вращения.
- Узнать показатель полюсного деления: для этой цели диаметр сердечника умножается на синхронную частоту вращения вала, а найденное значение умножается на 3,14 и делится на частоту сети, умноженное на 120.
Значение выражается в сантиметрах.
Формула вычисления постоянного полюсного значения:
- Найти число полюсов, перемножив частоту тока на 60 и разделив на частоту валового вращения.
- Найденное число умножить на 2, после чего обратиться к таблице по определению зависимости константы от числа полюсов и выявить соответствующий показатель.
- Найденную постоянную величину умножают на квадрат от диаметра сердечника, длину и частоту вращения вала, после чего результат умножается по нижеприведенной формуле:
Найденное значение выражается в кВт.
Вычисление мощности, выдаваемой электродвигателем.
Для вычисления реального показателя мощности, с которой работает электродвигатель, необходимо найти скорость валового вращения, выражаемую в числе оборотов за секунду, тяговое усилие мотора. Частота вращения умножается последовательно на 6,28, показатель силы и радиус вала, который можно вычислить при помощи штангенциркуля. Найденное значение мощности выражается в ваттах.
Определяем потребляемый ток:
Для тех, кому надо знать не только мощность, но и объем потребляемого тока, также есть несколько способов получения таких данных. Для каждого из них важным критерием в процессе определения является количество фаз.
Если у вас однофазная сеть, разделите показатель мощности на значение напряжения.
Если двигатель 3-фазный, схема подсчета еще проще: удвойте значение мощности — это и будет показатель в Амперах.
Как вы убедились, узнать мощность двигателя и потребляемый ток, даже если эти данные утеряны, достаточно просто. Выбирайте самый простой для вас способ решения проблемы и пусть ваша техника всегда работает исправно и имеет высокий КПД!
Мощность электрической сети: определение, в чем измеряется
Чтобы определить сущность понятия мощности электрической сети, необходимо дать обозначения мощности электрического Чтобы определить сущность понятия мощности электрической сети, необходимо дать обозначения мощности электрического тока как такового.
Под мощностью электрического тока считают ту количественную меру, которой он непосредственно и характеризуется. Определить ее можно сложив основные параметры — силу тока и его напряжение. Обозначается данное выражение мощности в Ваттах и измеряется специальным прибором – Ваттметром.
Как определить мощность электрической сети
Мощность электрической сети, внешней или внутренней, определяется этими соотношениями — величиной тока и временем произведенной работы за определенную единицу времени. Работы современных энергосистем разрешают не только генерировать, но и передавать на расстояние практически любые мощности, вопрос лишь в непосредственной нуждаемости в них и в необходимых ресурсах для производства электрической энергии.
Так рядовой потребитель обычно использует мощность, которую ему передает поставщик электроэнергии, в размере от 5 до 10Кв. Как правило, данной мощности потребителю с лихвой хватает для своего жизнеобеспечения и для работы всех необходимых электроприборов бытовой техники. Понятно, что энергонасыщенному производству для эффективной работы нужны будут совсем иные значения мощностей, на сотни порядков выше.
От чего зависит мощность электрической сети?
Смена мощностей электрической сети зависит и от внешних условий их поступления, и от установки ограничительных устройств (автоматов, полуавтоматов), которые регулируют поступление емкостных мощностей к источнику потребления.
Делаться это может на разных уровнях, от бытового щитка в доме до центральных устройств электрораспределения.
Мощность электрической сети можно определить специальным прибором или рассчитать посредством математических вычислений (если знать параметры силы тока и напряжения).
Для измерения мощности прибором, нужно подключить тестер к источнику тока, настроить его именно на получение нужных данных, ведь тестер работает как в режиме ваттметра, так в режиме и амперметра. Поэтому можно узнать мощность сети и иным способом. Измерив силу тока и зная рабочее напряжение сети 220В, можно умножить данные значения и получить нужную сумму в Ватах.
Пропуск определенного объема мощностей через электрическую сеть требуют применения в обустройстве электроснабжения, комплектации энергосети материалами, которые будут соответствовать требованиям необходимых номинальных значений.
Мощность
Количественная работа связана с силой, вызывающей смещение. Работа не имеет ничего общего с количеством времени, в течение которого эта сила вызывает смещение. Иногда работа выполняется очень быстро, а иногда — довольно медленно. Например, альпинистке требуется необычно много времени, чтобы поднять свое тело на несколько метров вдоль скалы. С другой стороны, турист (который выберет более легкий путь в гору) может поднять свое тело на несколько метров за короткий промежуток времени.Эти два человека могут выполнять одинаковый объем работы, но путешественник выполняет ее значительно быстрее, чем скалолаз. Величина, связанная со скоростью выполнения определенного объема работы, называется мощностью. У туриста номинальная мощность выше, чем у скалолаза.Мощность — это скорость выполнения работы. Это соотношение работы / времени. Математически это вычисляется с использованием следующего уравнения.
Мощность = Работа / времяили
P = Вт / т
Стандартная метрическая единица измерения мощности — Вт .
Как следует из уравнения мощности, единица мощности эквивалентна единице работы, деленной на единицу времени. Таким образом, ватт эквивалентен джоулям в секунду. По историческим причинам, лошадиных сил иногда используется для описания мощности, выдаваемой машиной. Одна лошадиная сила эквивалентна примерно 750 Вт.
Большинство машин спроектировано и построено для работы с объектами. Все машины обычно характеризуются номинальной мощностью.Номинальная мощность указывает скорость, с которой эта машина может работать с другими объектами. Таким образом, мощность машины — это соотношение работы / времени для этой конкретной машины. Автомобильный двигатель — это пример машины, которой задана номинальная мощность. Номинальная мощность относится к тому, насколько быстро автомобиль может разгонять автомобиль. Предположим, что двигатель мощностью 40 лошадиных сил может разогнать автомобиль от 0 миль / час до 60 миль / час за 16 секунд. Если бы это было так, то автомобиль с мощностью в четыре раза больше мог бы выполнять такой же объем работы за четверть времени.То есть 160-сильный двигатель мог разогнать тот же автомобиль с 0 миль / час до 60 миль / час за 4 секунды. Дело в том, что при одинаковом объеме работы мощность и время обратно пропорциональны. Уравнение мощности предполагает, что более мощный двигатель может выполнять такой же объем работы за меньшее время.
Человек — это также машина с номинальной мощностью . Некоторые люди более полны власти, чем другие. То есть некоторые люди способны выполнять тот же объем работы за меньшее время или больше за то же время.Обычная физическая лаборатория включает в себя быстрый подъем по лестнице и использование информации о массе, росте и времени для определения личных способностей ученика. Несмотря на диагональное движение по лестнице, часто предполагается, что горизонтальное движение является постоянным, и вся сила от ступенек используется для подъема ученика вверх с постоянной скоростью. Таким образом, вес ученика равен силе, которая действует на ученика, а высота лестницы — это смещение вверх. Предположим, что Бен Пумпинирон поднимает свое 80-килограммовое тело на 2.0-метровый подъезд за 1,8 секунды. Если бы это было так, то мы могли бы вычислить номинальную мощность Бена . Можно предположить, что Бен должен приложить к лестнице нисходящую силу 800 Ньютон, чтобы поднять свое тело. Поступая таким образом, лестница толкала тело Бена вверх с достаточной силой, чтобы поднять его тело вверх по лестнице. Также можно предположить, что угол между силой лестницы на Бена и смещением Бена равен 0 градусов. Используя эти два приближения, можно определить номинальную мощность Бена, как показано ниже.
Номинальная мощность Бена — 871 Вт. Он вполне лошадиных .
Другая формула мощностиВыражение для мощности — работа / время. А поскольку выражение для работы — это сила * смещение, выражение для мощности можно переписать как (сила * смещение) / время. Поскольку выражение для скорости — это смещение / время, выражение для мощности можно еще раз переписать как «сила * скорость».Это показано ниже.
Это новое уравнение мощности показывает, что мощная машина одновременно сильна (большая сила) и быстра (большая скорость). Мощный автомобильный двигатель — сильный и быстрый. Мощная сельскохозяйственная техника — прочная и быстрая. Сильный тяжелоатлет силен и быстр. Сильный лайнмен в футбольной команде силен и быстр. Машина , которая достаточно сильна, чтобы приложить большую силу, чтобы вызвать смещение за небольшой промежуток времени (т.е., большая скорость) — машина мощная.
Проверьте свое понимание
Используйте свое понимание работы и власти, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.
1. Два студента-физика, Уилл Н. Эндейбл и Бен Пумпинирон, в зале для тяжелой атлетики. Уилл поднимает 100-фунтовую штангу над головой 10 раз за одну минуту; Бен поднимает 100-фунтовую штангу над головой 10 раз за 10 секунд.Какой студент больше всего работает? ______________ Какой ученик дает больше всего энергии? ______________ Объясните свои ответы.
2. В физической лаборатории Джек и Джилл взбежали на холм. Джек вдвое массивнее Джилл; тем не менее, Джилл преодолевает то же расстояние за половину времени. Кто работал больше всего? ______________ Кто доставил больше всего энергии? ______________ Объясните свои ответы.
3. Уставшая белка (масса около 1 кг) отжимается, прикладывая силу, поднимающую ее центр масс на 5 см, чтобы выполнить работу всего на 0,50 Дж. Если уставшая белка проделает всю эту работу за 2 секунды, то определите ее мощность.
4. При выполнении подтягивания студентка-физик поднимает ее 42.0-кг тело на дистанцию 0,25 метра за 2 секунды. Какую силу развивают бицепсы ученика?
5. Ежемесячный счет за электроэнергию в вашей семье часто выражается в киловатт-часах. Один киловатт-час — это количество энергии, доставленное потоком 1 киловатт электроэнергии за один час. Используйте коэффициенты преобразования, чтобы показать, сколько джоулей энергии вы получаете, покупая 1 киловатт-час электроэнергии.
6. Эскалатор используется для перемещения 20 пассажиров каждую минуту с первого этажа универмага на второй. Второй этаж находится на высоте 5,20 метра над первым этажом. Средняя масса пассажира — 54,9 кг. Определите требуемую мощность эскалатора, чтобы переместить это количество пассажиров за это время.
Расчет электроэнергии | Закон Ома
Узнайте формулу мощности
Мы видели формулу для определения мощности в электрической цепи: умножая напряжение в вольтах на ток в амперах, мы получаем ответ в ваттах.»Давайте применим это к примеру схемы:
Как использовать закон Ома для определения силы тока
В приведенной выше схеме мы знаем, что у нас напряжение батареи 18 В и сопротивление лампы 3 Ом. Используя закон Ома для определения силы тока, получаем:
Теперь, когда мы знаем ток, мы можем взять это значение и умножить его на напряжение, чтобы определить мощность:
Это говорит нам о том, что лампа рассеивает (выделяет) 108 Вт мощности, скорее всего, в форме света и тепла.
Повышение напряжения батареи
Давайте попробуем взять ту же схему и увеличить напряжение батареи, чтобы увидеть, что произойдет. Интуиция подсказывает нам, что ток в цепи будет увеличиваться с увеличением напряжения, а сопротивление лампы останется прежним. Аналогично увеличится и мощность:
Теперь напряжение батареи 36 вольт вместо 18 вольт. Лампа по-прежнему обеспечивает электрическое сопротивление 3 Ом для прохождения тока.Текущий сейчас:
Это понятно: если I = E / R, и мы удваиваем E, а R остается неизменным, ток должен удвоиться. Действительно, есть: теперь у нас 12 ампер тока вместо 6. А что насчет мощности?
Как повышение напряжения батареи влияет на мощность?
Обратите внимание, что мощность увеличилась, как мы и предполагали, но она увеличилась немного больше, чем ток.Почему это? Поскольку мощность является функцией напряжения, умноженного на ток, а и напряжение и ток удвоены по сравнению с их предыдущими значениями, мощность увеличится в 2 x 2 раза, или 4.
Вы можете проверить это, разделив 432 Вт на 108 Вт и убедившись, что соотношение между ними действительно равно 4. Снова используя алгебру, чтобы манипулировать формулой, мы можем взять нашу исходную формулу мощности и изменить ее для приложений, в которых мы не знаем и того, и другого. напряжение и ток: если мы знаем только напряжение (E) и сопротивление (R):
Если нам известны только ток (I) и сопротивление (R):
Закон Джоуля против.Закон Ома
Историческая справка: именно Джеймс Прескотт Джоуль, а не Георг Саймон Ом первым открыл математическую связь между рассеиваемой мощностью и током через сопротивление. Это открытие, опубликованное в 1841 году, имело форму последнего уравнения (P = I 2 R) и широко известно как закон Джоуля.
Однако эти уравнения мощности настолько часто связаны с уравнениями закона Ома, связывающими напряжение, ток и сопротивление (E = IR; I = E / R; и R = E / I), что они часто приписываются Ому.
ОБЗОР:
- Мощность измеряется в Вт , обозначается буквой «W».
- Закон Джоуля: P = I 2 R; P = IE; P = E 2 / R
СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:
Попробуйте наш калькулятор закона Ома в разделе «Инструменты».
напряжение ток сопротивление и электрическая мощность общие основные электрические формулы математические вычисления формула калькулятора для расчета мощности энергия работа уравнение степенной закон ватт понимание общая электрическая круговая диаграмма расчет электричества электрическая ЭДС напряжение формула мощности уравнение два разных уравнения для расчета мощности общий закон омов аудио физика электричество электроника формула колесо формулы амперы ватты вольт омы косинус уравнение звуковая инженерия круговая диаграмма заряд физика мощность запись звука вычисление электротехническая формула мощность математика пи физика взаимосвязь
напряжение ток сопротивление и электрическая мощность общие основные электрические формулы математические вычисления формула калькулятора для расчета энергии энергия работа уравнение мощность закон ваттс понимание общая электрическая круговая диаграмма расчет электричества электрическая ЭДС напряжение формула мощности уравнение два разных уравнения для расчета мощности общий закон Ома аудио физика электричество электричество формула tronics колесо формулы амперы ватты вольт омы косинус уравнение аудио инженерия круговая диаграмма заряд физика мощность звук запись вычисление электротехника формула мощность математика пи физика отношение взаимосвязь — sengpielaudio Sengpiel BerlinЭлектрический ток , Электроэнергия , Электрическое напряжение
Электричество и Электрический заряд
Наиболее распространенные общие формулы, используемые в электротехнике
30
30 Основные формулы и Расчеты ●
Взаимосвязь физических и электрических величин (параметров)
Электрическое напряжение В ,
удельное сопротивление R , полное сопротивление Z , мощность и мощность P
Вольт В , ампер A, сопротивление и импеданс Ом Ом и Вт Вт
| Номинальное полное сопротивление Z = 4, 8 и 16 Ом (для громкоговорителей часто принимается сопротивление ) Р . |
| Введите любые два известных значения и нажмите «вычислить», чтобы решить для двух других. Пожалуйста, введите только два значения. |
| Используемый браузер, к сожалению, не поддерживает Javascript. Программа указана, но фактическая функция отсутствует. |
Колесо формул электротехники
| V происходит от «напряжения», а E от «электродвижущей силы (ЭДС)». E означает также энергия , поэтому мы выбираем V . Энергия = напряжение × заряд. E = V × Q . Некоторым нравится лучше придерживаться E вместо V , так что сделайте это. Для R возьмите Z . |
| 12 самых важных формул: Напряжение В = I × R = P / I = √ ( P × R ) в вольт Ток I = V / = P / V = √ ( P / R ) в амперах A Сопротивление R = V / I = P / I 2 V 2 / P в омах Ом Мощность P = V × I = R × I 2 = V 2 / R Вт Вт |
См. Также: Колесо формулы акустики (аудио)
| The Big Формулы мощности Расчет электрической и механической мощности (прочности) |
|
| Андр-Мари Ампре был французским физиком и математиком. Его именем названа единица измерения электрического тока в системе СИ — ампер . Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта был итальянским физиком. Его именем названа единица измерения электрического напряжения в системе СИ — вольт . Георг Симон Ом был немецким физиком и математиком. Его именем названа единица измерения электрического сопротивления в системе СИ — Ом . Джеймс Ватт был шотландским изобретателем и инженером-механиком. Единица измерения электрической мощности (мощности) в системе СИ, ватт, , была названа его именем. |
| Мощность, как и все величины энергии, в первую очередь является расчетной величиной. |
| Слово «усилитель мощности» используется неправильно, особенно в аудиотехнике. Напряжение и ток можно усилить. Странный термин «усилитель мощности» стал пониматься как усилитель, предназначенный для управления нагрузкой например, громкоговоритель. Мы называем произведение усиления по току и усилению по напряжению «усилением мощности». |
Совет: треугольник электрического напряжения V = I × R (закон Ома VIR)
Введите два значения , будет рассчитано третье значение. Треугольник мощности P = I × V (степенной закон PIV)
Введите два значения , будет рассчитано третье значение.
С помощью волшебного треугольника можно легко вычислить все формулы. Вы прячетесь с
пальцем значение, которое нужно вычислить. Два других значения показывают, как производить расчет.
Расчеты: Закон Ома — магический треугольник Ома
Измерение входного и выходного сопротивления
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК (AC) ~
В l = линейное напряжение (вольт), V p = фазное напряжение (вольт), I l = линейный ток (амперы), I p = фазный ток ( амперы)
Z = полное сопротивление (Ом), P = мощность (ватты), φ = угол коэффициента мощности, VAR = вольт-амперы (реактивные)
| Ток (однофазный): I = P / V p × cos φ | Ток (3 фазы): I = P / √3 V l × cos φ или I = P /3 V p × cos φ |
| Питание (однофазное): P = V p × I p × cos φ | Питание (3 фазы): P = √3 V l × I l × cos φ или P = √3 V p × I p × cos φ |
Полная мощность S вычисляется по Пифагору, активная мощность P и реактивная мощность Q . S = √ ( P 2 + Q 2 )
| Формулы питания постоянного тока Напряжение В дюймов (В) вычисление из тока I дюймов (А) и сопротивления R дюймов (Ом): В (В) = I (А) × R (Ом) Мощность P в (Вт) рассчитывается исходя из напряжения В в (В) и тока I в (А): P (Вт) = В (В) × I (A) = V 2 (V) / R (Ω) = I 2 (A) R (Ω) Формулы питания переменного тока Напряжение В, в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на импеданс Z в омах (Ом): В (В) = I ( A) Z ((Ом) = (| I | × | Z |) и ( θ I + θ Z ) Полная мощность S в вольт-амперах (ВА) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A): S (VA) = V (V) I (A) = (| V | × | I |) и ( θ V — θ I ) Реальная мощность P в ваттах (Вт) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A), умноженному на коэффициент мощности (cos φ ): P (Вт) = V (V) × I (A) × cos φ Реактивная мощность Q в вольт-амперах, реактивная (VAR) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A) на синус комплексного фазового угла мощности ( φ ): Q (VAR) = V (V) × I (A) × sin φ Коэффициент мощности (FP) равен абсолютному значению косинуса комплексного фазового угла мощности ( φ ): PF = | cos φ | |
Фактический коэффициент мощности, а не стандартный коэффициент смещаемой мощности 50/60 Гц
| Определения электрических измерений | ||
| Кол-во | Имя | Определение |
| частота f | герц (Гц) | 1 / с |
| сила F | ньютон (Н) | кг · м / с² |
| давление p | паскаль (Па) = Н / м² | кг / м · с² |
| энергия E | рабочий джоуль (Дж) = N · м | кг · м² / с² |
| мощность P | ватт (Вт) = Дж / с | кг · м² / с³ |
| электрический заряд Q | кулон (Кл) = A · с | А · с |
| напряжение В | вольт (В) = Вт / д | кг · м² / A · сек³ |
| ток I | ампер (А) = Q / с | A |
| емкость C | фарад (Ф) = C / V = A · с / В = с / Ом | A² · с 4 / кг · m² |
| индуктивность L | генри (H) = Wb / A = V · s / A | кг · м² / A² · s² |
| сопротивление R | Ом (Ом) = В / А | кг · м²A² · s³ |
| проводимость G | сименс (S) = A / V | A² · s³ / кг · m² |
| магнитный поток Φ | Вебер (Wb) = V · с | кг · м² / A · с² |
| плотность потока B | тесла (T) = Вт / м² = V · с / м² | кг / А · с² |
| Поток электрического заряда Q упоминается как электрический ток I. Сумма начисления за единицу времени изменение электрического тока. Ток протекает с постоянным значением I. в течение времени t , он переносит заряд Q = I × t . Для временно постоянной мощности соотношение между зарядом и током: I = Q / t или Q = I × t. Благодаря этой взаимосвязи, основные единицы усилителя и секунды кулонов в Установлена Международная система единиц.Кулоновскую единицу можно представить как 1 C = 1 A × s. Заряд Q , (единица измерения в ампер-часах Ач), ток разряда I , (единица измерения в амперах А), время t , (единица измерения в часах час). |
В акустике имеется « Акустический эквивалент закона Ома »
Соотношение акустических размеров, связанных с плоскими прогрессивными звуковыми волнами
Преобразование многих единиц, таких как мощность и энергия
префиксы | длина | площадь | объем | вес | давление | температура | время | энергия | мощность | плотность | скорость | ускорение | сила
[начало страницы]
Мощность и энергия | Клуб электроники
Энергетика и энергетика | Клуб электроникиМощность | Рассчитать | Перегрев | Энергия
Следующая страница: AC, DC и электрические сигналы
См. Также: напряжение и ток
Что такое мощность?
Мощность — это скорость использования или поставки энергии:
Мощность измеряется в ваттах (Вт)
Энергия измеряется в джоулях (Дж)
Время измеряется в секундах (с)
Электроника в основном связана с малым количеством энергии, поэтому мощность часто измеряется в милливаттах (мВт), 1 мВт = 0.001W. Например, светодиод потребляет около 40 мВт. а бипер потребляет около 100 мВт, даже лампа, такая как фонарь, потребляет всего около 1 Вт.
Типичная мощность, используемая в электрических цепях сети, намного больше, поэтому эта мощность может быть измеряется в киловаттах (кВт), 1 кВт = 1000 Вт. Например, в обычной сетевой лампе используется 60 Вт, а чайник потребляет около 3 кВт.
Расчет мощности по току и напряжению
Уравнения
| Мощность = Ток × Напряжение |
Есть три способа написать уравнение для мощности, тока и напряжения:
где:
P = мощность в ваттах (Вт)
V = напряжение в вольтах (В)
I = ток в амперах (A)
или:
P = мощность в милливаттах (мВт)
V = напряжение в вольтах (В)
I = ток в миллиамперах (мА)
Треугольник PIV
Вы можете использовать треугольник PIV, чтобы запомнить эти три уравнения.Используйте его так же, как треугольник закона Ома:
- Чтобы вычислить мощность , P : поместите палец на P, это оставляет I V, поэтому уравнение P = I × V
- Чтобы рассчитать ток , I : положите палец на I, это оставляет P над V, поэтому уравнение I = P / V
- Для расчета напряжения, В : поместите палец над V, это оставляет P над I, поэтому уравнение V = P / I
Усилитель довольно большой для электроники, поэтому мы часто измеряем ток в миллиамперах (мА), а мощность в милливаттах (мВт).
1 мА = 0,001 А и 1 мВт = 0,001 Вт.
Расчет мощности с использованием сопротивления
Уравнения
Используя закон Ома V = I × R
мы можем преобразовать P = I × V в:
где:
P = мощность в ваттах (Вт)
I = ток в амперах (A)
R = сопротивление в Ом ()
В = напряжение в вольтах (В)
Треугольники
Вы также можете использовать треугольники, чтобы помочь с этими уравнениями:
Потраченная впустую мощность и перегрев
Обычно используется электроэнергия, например, зажигание лампы или двигателя.Однако электрическая энергия преобразуется в тепло всякий раз, когда ток проходит через сопротивление, и это может быть проблемой, если оно вызывает перегрев устройства или провода. В электроники эффект обычно незначителен, но если сопротивление низкое (провод или низкий резистора номинального значения, например) ток может быть достаточно большим, чтобы вызвать проблему.
Из уравнения P = I² × R видно, что для данного сопротивление мощность зависит от тока в квадрате , поэтому удвоение тока даст в 4 раза большую мощность.
Резисторы рассчитаны на максимальную мощность, которую они могут развить в них без повреждений, но номинальная мощность редко указывается в списках деталей, потому что подходят стандартные значения 0,25 Вт или 0,5 Вт. для большинства схем. Дополнительная информация доступна на странице резисторов.
Провода и кабели рассчитаны на максимальный ток, который они могут пропускать без перегрева. У них очень низкое сопротивление, поэтому максимальный ток относительно велик. Для получения дополнительной информации о текущий рейтинг см. на странице кабелей.
Энергия
Количество потребляемой (или подаваемой) энергии зависит от мощности и времени, в течение которого она используется:
Устройство малой мощности, работающее в течение длительного времени, может потреблять больше энергии, чем устройство высокой мощности работает непродолжительное время.
Например:
- Лампа мощностью 60 Вт, включенная на 8 часов, потребляет 60 Вт × 8 × 3600 с = 1728 кДж.
- Чайник мощностью 3 кВт, включенный на 5 минут, потребляет 3000 Вт × 5 × 60 с = 900 кДж.
Стандартной единицей измерения энергии является джоуль (Дж), но 1Дж — очень небольшое количество энергии для электросети. поэтому в научной работе иногда используются килоджоуль (кДж) или мегаджоуль (МДж).
Дома мы измеряем электрическую энергию в киловатт-часах (кВтч), которые часто называют просто «единицей». электричества, когда контекст ясен. 1 кВт · ч — это энергия, потребляемая электроприбором мощностью 1 кВт при включении на 1 час:
Например:
- Лампа мощностью 60 Вт, включенная на 8 часов, потребляет 0,06 кВт × 8 = 0,48 кВт · ч.
- Чайник мощностью 3 кВт, включенный на 5 минут, потребляет 3 кВт × 5 / 60 = 0,25 кВтч.
Возможно, вам потребуется преобразовать бытовую единицу кВтч в научную единицу энергии, джоуль (Дж):
1 кВтч = 1 кВт × 1 час = 1000 Вт × 3600 с = 3.6MJ
Следующая страница: Сигналы постоянного и переменного тока | Исследование
Политика конфиденциальности и файлы cookie
Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация.Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google. Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.
electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.
Как определить требования к питанию
Одна из самых сложных концепций при рассмотрении размещения центров обработки данных — это определение необходимого количества энергооборудования.Есть много способов узнать, каковы ваши требования к питанию, но независимо от того, какой метод вы используете, все вычисления включают три электрические концепции:
- Ток (амперы)
- Напряжение (вольт)
- Электрическая мощность (ватты)
Расчет потребляемой мощности
Для расчета потребляемой мощности эти электрические концепции применяются к простой формуле:
ампер * вольт = ватт
Эта формула определяет, сколько энергии использует оборудование в данный момент.
Метод № 1. Использование счетчиков и лицевых панелей для определения требований к электропитанию вашего оборудования
Большинство современного оборудования для распределения электроэнергии имеет встроенный счетчик, отображающий использование мощности. На ЖК-дисплее PDU ниже вы видите, что как основной, так и резервный PDU потребляют 9 ампер:
Индикация на ЖК-дисплее PDUПроизводители также должны отображать допустимые диапазоны напряжения и силы тока, потребляемые на нагрузку, на лицевой панели оборудования:
Лицевая панель оборудования с указанием допустимого диапазона напряжения и потребляемого тока на нагрузку Подобное ИТ-оборудованиеобычно работает в диапазоне напряжений от 100 до 240 В и совместимо с питанием как 120 В, так и 208 В.К этим конкретным блокам распределения питания относятся APC AP7941, которые рассчитаны на ток до 30 А в цепях на 208 В (80% от 30 А в соответствии с Национальным электротехническим кодексом по соображениям безопасности). Поскольку мы знаем, что оборудование, подключенное к PDU, потребляет 9 ампер, мы можем подставить значения в формулу:
9 ампер * 208 вольт = 1872 ватта
Причина, по которой мы используем только одно из значений 9 ампер, связана с тем, как сконфигурированы первичная и резервная мощность. Первичное и резервное питание означает два или более блока питания от разных источников питания.Поскольку к каждому PDU подключено одно и то же устройство, они должны потреблять одинаковое количество энергии.
При планировании резервирования мощности каждая цепь (первичная и резервная) должна быть рассчитана таким образом, чтобы выдерживать общую нагрузку обеих в случае отказа одной из них.
Мы обнаружили, что оборудование шкафа потребляет 1872 Вт (почти 1,9 кВт).
Не забудьте оставить место для маневра для «снижения мощности», поскольку все ИТ-оборудование со временем потребляет больше энергии.
Метод № 2: Использование списков оборудования для определения требований к питанию вашего оборудования
Если у вас нет PDU со считыванием показаний усилителя, вы можете определить требования к питанию, используя полный список оборудования.Вам нужно будет изучить спецификации производителя по мощности для каждой единицы оборудования, чтобы определить:
- Конфигурация оборудования CPU / RAM / HDD / SSD
- Назначение оборудования (DNS, база данных, сервер приложений, веб-сервер)
- Возраст оборудования (более новое оборудование будет иметь более эффективные источники питания)
- Специальные требования, такие как «Power-over-Ethernet» (общие для сетевых коммутаторов)
Например, один из наших клиентов может перечислить следующие единицы оборудования:
- 4 сервера Dell PowerEdge R420
- 1 коммутатор Juniper EX4200-48T
- 1 межсетевой экран FortiGate Fortinet 310B
Давайте определим максимальное энергопотребление для всех шести единиц оборудования.Во-первых, мы ищем в Интернете спецификации производителя по питанию и находим:
- Dell PowerEdge R420 имеет блок питания мощностью 550 Вт.
- Juniper EX4200-48T имеет блок питания мощностью 320 Вт.
- FortiGate Fortinet 310B может потреблять максимум 5–3 А в системах на 100–240 В. Мы знаем, что нам нужна максимальная потребляемая мощность в ваттах. (И мы знаем, что для расчета ватт нам нужно умножить ампер на вольты.) В таблице данных 310B указано, что наш максимальный диапазон составляет от 5 до 3 ампер.Поскольку устройство фактически потребляет на ампер меньше, чем на ампер, чем выше напряжение, наш максимум на самом деле меньше: 3 ампера. Для вольт в таблице данных указан диапазон: 100-240 вольт. Мы можем предположить, что это цепь на 120 В, потому что это стандарт для центров обработки данных в Соединенных Штатах.
Итак, чтобы определить максимальное энергопотребление в любой момент времени, мы сначала должны преобразовать все в ватты:
- 4 сервера Dell: 4 сервера * 550 Вт каждый = 2200 Вт
- 1 коммутатор Juniper: 320 Вт (оставьте как есть)
- 1 межсетевой экран FortiGate: 3 ампера * 120 вольт = 360 Вт
Затем сложите их вместе :
2200 Вт + 320 Вт + 360 Вт = 2880 Вт
Максимальное энергопотребление этих шести единиц оборудования составляет 2880 Вт.
Знание максимальной требуемой мощности дает основу для определения того, как используется оборудование и сколько реальной мощности необходимо обеспечить. Однако важно отметить, что ИТ-оборудование редко достигает предела максимальной мощности.
В SCTG мы гарантируем 100% бесперебойную работу при питании (и пропускной способности!). Часть нашего безупречного успеха в этом — это глубокие исследования и анализ, которые проводят наши инженеры по продажам. Другая часть — это уровень избыточности, встроенный в наши центры обработки данных (например, этот).
Все, что нужно, — это базовая формула, чтобы правильно определить ваши требования к мощности. А если вам нужно, чтобы кто-то перепроверил вашу работу, вы всегда можете связаться с нами.
Как рассчитать механическую мощность
Обновлено 22 декабря 2020 г.
Кенрик Везина
Вы можете найти механической мощности , которые используются повсюду в современном мире. Вы сегодня ездили на машине? Он использовал энергию, получаемую либо от топлива, либо от батареи, для перемещения взаимосвязанного ряда механических компонентов — осей, шестерен, ремней и так далее — до тех пор, пока, наконец, эта энергия не использовалась для вращения колес и движения транспортного средства вперед.
Power в физике — это мера скорости , с которой работа выполняется с течением времени. Слово «механический» носит чисто описательный характер; он говорит вам, что мощность связана с машиной и движением различных компонентов, таких как трансмиссия автомобиля или шестеренки часов.
Формула механической силы использует те же фундаментальные законы физики, которые используются для других форм силы.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Мощность P определяется как работа Вт более раз т по следующей формуле.Примечание по единицам измерения: мощность должна быть в ваттах (Вт), работа — в джоулях (Дж), а время — в секундах (с) — всегда перепроверяйте, прежде чем вводить свои значения.
Механическая мощность подчиняется тем же законам, которые регулируют другие типы энергии, такие как химическая или термическая. Механическая мощность — это просто мощность, связанная с движущимися компонентами механической системы, например шестернями, колесами и шкивами внутри старинного Часы.
Энергия, сила, работа и мощность
Чтобы понять выражение для механической силы, полезно выделить четыре взаимосвязанных термина: энергия , сила , работа И мощность .
- energy E , который содержит объект, является мерой того, сколько работы он может выполнить; другими словами, сколько движения он может создать. Он измеряется в джоулях (Дж).
- A force F , по сути, является толкающим или толкающим. Силы передают энергию между объектами. Как и скорость, сила имеет величину и направление . Он измеряется в Ньютонах (Н).
- Если сила перемещает объект в том же направлении , в котором она действует, она выполняет работу .По определению, одна единица энергии необходима для выполнения одной единицы работы. Поскольку энергия и работа определяются друг с другом, они оба измеряются в джоулях (Дж).
- Мощность — это показатель скорости , при которой выполняется работы или энергии используется с течением времени. Стандартная единица мощности — ватт (Вт).
Уравнение для механической мощности
Из-за взаимосвязи между энергией и работой есть два распространенных способа выражения мощности математически.Первый — работа Вт и время т :
P = \ frac {W} {t}
Мощность при линейном движении
Если вы имеете дело с линейным движением, вы можете предположить, что любая приложенная сила перемещает объект вперед или назад по прямой траектории в соответствии с действием силы — подумайте о поездах на рельсах. Поскольку компонент направления в основном заботится о себе, вы также можете выразить мощность в терминах простой формулы, используя силы , расстояния и скорости .
В этих ситуациях работа W может быть определена как сила F × расстояние d . Подключите это к основному уравнению, приведенному выше, и вы получите:
P = \ frac {Fd} {t}
Заметили что-нибудь знакомое? При линейном движении расстояние , , деленное на , время — это определение для скорости ( v ), поэтому мы также можем выразить мощность как:
P = F \ frac {d } {t} = Fv
Пример расчета: перевозка белья
Хорошо, это было много абстрактной математики, но давайте приступим к работе сейчас, чтобы решить примерную задачу:
Родители просят вас нести 10 кг чистого белья наверху.Если обычно вам требуется 30 секунд, чтобы подняться по лестнице, а высота лестницы составляет 3 метра, оцените, сколько энергии вам потребуется, чтобы перенести одежду с нижней части лестницы наверх.
На основании подсказки мы знаем, что время t будет 30 секунд, но у нас нет значения для работы W . Однако мы можем упростить сценарий для оценки. Вместо того, чтобы беспокоиться о перемещении белья вверх и вперед на каждом отдельном этапе, давайте предположим, что вы просто поднимаете его по прямой с начальной высоты.Теперь мы можем использовать выражение механической мощности P = F × d / t , но нам все еще нужно выяснить задействованную силу.
Чтобы переносить белье, необходимо противодействовать действию силы тяжести на него. Поскольку сила тяжести равна F = мг в направлении вниз, вы должны приложить ту же силу в направлении вверх. Обратите внимание, что g — это ускорение свободного падения, которое на Земле составляет 9,8 м / с 2 .Имея это в виду, мы можем создать расширенную версию стандартной формулы мощности:
P = mg \ frac {d} {t}
И мы можем подставить наши значения для массы, ускорения, расстояния и времени:
P = (10 \ times 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ text {ватт}
Таким образом, вам нужно потратить около 9,08 Вт, чтобы носить белье.
Последнее замечание о сложности
Наше обсуждение ограничилось довольно простыми сценариями и относительно простой математикой.В продвинутой физике сложные формы уравнения механической мощности могут потребовать использования расчетов и более длинных, более сложных формул, которые учитывают множественные силы, криволинейное движение и другие усложняющие факторы.
Если вам нужна более подробная информация, база данных HyperPhysics, размещенная в Университете штата Джорджия, является отличным ресурсом.
Электроэнергетика и энергия | Физика
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
- Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.
Мощность в электрических цепях
У многих людей власть ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность — это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт.(См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одного и того же напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?
Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет более высокое сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Дикбаух, Wikimedia Commons; Грег Вестфолл, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает такую же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но с входной мощностью от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)
Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — это перемещенный заряд, а V — это напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна
.[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].
Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности принимает вид
P = IV
Электрическая мощность ( P ) — это просто произведение тока на напряжение. {2} R \\ [/ latex].
Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = В 2 / R подразумевает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше передаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = В 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет около 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.
Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность
(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?
Стратегия для (а)Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = В 2 / R , чтобы найти мощность.
Решение для (а)Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем
P = IV = (2.{2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].
Обсуждение для (а)30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются типичными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.
Стратегия и решение для (b)Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I 2 R , и вводим известные значения, получая
[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].
Обсуждение для (б)Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток будет быстро снижаться до этого значения по мере увеличения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) рассчитаны на кратковременную выдержку очень высоких токов при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей с замедленным срабатыванием.
Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Так как P = E / t , мы видим, что
E = Pt
— это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение временного интервала t . Например, чем больше горит лампочек, тем больше используется P ; чем дольше они работают, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электроэнергию является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 6 Дж.
Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рис. 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными вложениями в КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (представляющие собой группу небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.
Установление соединений: энергия, мощность и времяОтношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Количество нагрева от источника питания зависит от уровня мощности и времени его применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.
Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)
Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но на четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?
СтратегияЧтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим использованную энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.
Решение для (а)Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:
E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ⋅ ч
В киловатт-часах это
E = 60.0 кВт ⋅ ч.
Сейчас стоимость электроэнергии
Стоимость= (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.
Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).
Решение для (b)Поскольку CFL использует только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты составят 1/10 стоимости лампы за этот период использования, или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.
ОбсуждениеСледовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже если начальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.
Подключение: Эксперимент на вынос — Инвентаризация использования электроэнергии1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате.Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение составляет 120 В, используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].
- Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .
Концептуальные вопросы
1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?
Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна P = V 2 / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Тем не менее, эта мощность также определяется соотношением P = I 2 R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.
Задачи и упражнения
1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ при токе 2,00 × 10 4 A ?
2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?
3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)
Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)
4. Сколько ватт проходит через него фонарик с 6,00 × 10 2 за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?
5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.
6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .
7. Покажите, что единицы 1V 2 / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V 2 / R .
8. Покажите, что единицы 1 A 2 ⋅ Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I 2 R .
9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 6 Дж.
10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.
11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт за 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.
Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)
12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?
13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, если общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ по рентабельности.
14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему напряжением 6,00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток протекает через него?
15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?
16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?
17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените ежегодные затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.
18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на эффекты, вызванные перепадами температур.
Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 2 А.
Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)
Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.
21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какую массу древесного сока можно было бы поднять с 18ºC до точки кипения, а затем испарить за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?
22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 2 алюминия от 20 ° C до 90º за 5,00 мин?
23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру на 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем закипятите 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.
24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 3 А при 250 кВ. а) Какова выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?
Рисунок 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)
25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии двигателем, какой ток должны обеспечивать аккумуляторные батареи на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин при постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.
Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)
26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, при 95,0% КПД и постоянной мощности? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.
27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.
28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, работающий на 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 2 -граммовой алюминиевой чашки, содержащей 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.
29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт kWч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?
30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 480 В? (б) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют коэффициент 1.00 — сопротивление Ом? (c) Что неразумного в этом результате? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?
31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое вызовет потерю мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?
32.Создайте свою задачу Представьте себе электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумный промежуток времени. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые следует учитывать, — используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкость, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будут достигнуты опасные температуры.
Глоссарий
- электрическая мощность:
- — скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение
Избранные решения проблем и упражнения
1.