از چه فرمولی برای محاسبه توان جریان الکتریکی استفاده می شود. بار دیگر در مورد توان: فعال، راکتیو، ظاهری (P، Q، S)، و همچنین ضریب توان (PF)

اتصال به خانگی یا صنعتی شبکه برقمصرف کننده ای که قدرتش بیشتر از توانی است که کابل یا سیم برای آن طراحی شده است، با ناخوشایندترین و گاهی فاجعه بارترین عواقب همراه است. با سازماندهی مناسب سیم کشی برق در داخل خانه، قطع کننده های مدار دائما کار می کنند یا فیوزها (شاخه ها) منفجر می شوند.

اگر محافظت به درستی انجام نشود یا اصلاً انجام نشود، می تواند منجر به موارد زیر شود:

• فرسودگی سیم یا کابل منبع تغذیه؛
• عایق ذوب و مدار کوتاهبین سیم ها؛
• گرم شدن بیش از حد هسته های کابل مسی یا آلومینیومی و آتش سوزی.

بنابراین، قبل از اتصال مصرف کننده به شبکه برق، مطلوب است که نه تنها قدرت الکتریکی پلاک نام آن، بلکه جریان مصرف شده از شبکه را نیز بدانید.

محاسبه مصرف برق

فرمول محاسبه توان با جریان و ولتاژ از درس فیزیک مدرسه آشناست. محاسبه توان جریان الکتریسیته(بر حسب وات) برای شبکه تک فازمطابق عبارت انجام می شود:

• که در آن U ولتاژ بر حسب ولت است
• I - جریان بر حسب آمپر؛
• Cosφ - ضریب قدرت، بسته به ماهیت بار.

ممکن است این سوال پیش بیاید - چرا ما به فرمولی برای محاسبه توان با جریان نیاز داریم، در حالی که می توان آن را از گذرنامه دستگاه متصل پیدا کرد؟ تعریف پارامترهای الکتریکی، از جمله مصرف برق و جریان در مرحله طراحی سیم کشی برق ضروری است. سطح مقطع سیم یا کابل با حداکثر جریان جاری در شبکه تعیین می شود. برای محاسبه جریان با توان، می توانید از فرمول تبدیل شده استفاده کنید:

ضریب توان به نوع بار (فعال یا راکتیو) بستگی دارد. برای محاسبات خانگی، مقدار آن معادل 0.90 ... 0.95 توصیه می شود. اما هنگام اتصال اجاق های برقی، بخاری ها، لامپ های رشته ای که بار آنها فعال در نظر گرفته می شود، می توان این ضریب را برابر با 1 در نظر گرفت.

فرمول های فوق برای محاسبه توان توسط جریان و ولتاژ می تواند برای شبکه تک فاز با ولتاژ 220.0 ولت استفاده شود. برای شبکه سه فازآنها ظاهر کمی تغییر یافته دارند.

محاسبه توان مصرف کننده های سه فاز

تعیین توان مصرفی برای شبکه سه فاز مشخصات خاص خود را دارد. فرمول محاسبه توان جریان الکتریکی مصرف کنندگان خانگی سه فاز به شرح زیر است:

P=3.00.5×U×I×Cosφ یا 1.73×U×I×Cosφ،

ویژگی های محاسبه

فرمول های فوق برای محاسبات خانگی ساده است. هنگام تعیین پارامترهای موثر، باید در نظر گرفته شود ارتباط واقعی. یک مثال معمولی محاسبه مصرف برق از باتری است. از آنجایی که جریان در مدار ثابت است، ضریب توان در نظر گرفته نمی شود، زیرا ماهیت بار بر مصرف برق تأثیر نمی گذارد. و برای مصرف کنندگان فعال و واکنش پذیر، مقدار آن برابر با 1.0 در نظر گرفته می شود.

دومین نکته ظریفی که هنگام انجام محاسبات الکتریکی خانگی باید در نظر گرفته شود، مقدار واقعی ولتاژ است. این راز نیست که در مناطق روستایی، ولتاژ شبکه می تواند در محدوده نسبتاً وسیعی نوسان داشته باشد. بنابراین، هنگام استفاده از فرمول های محاسباتی، لازم است مقادیر واقعی پارامترها را در آنها جایگزین کنید.

کار محاسبه مصرف کنندگان سه فاز حتی دشوارتر است. هنگام تعیین جریان جریان در شبکه، لازم است نوع اتصال - "ستاره" یا "مثلث" را نیز در نظر بگیرید.

انرژی الکتریکی.در طبیعت و فناوری، فرآیندهای تبدیل انرژی از یک نوع به نوع دیگر به طور مداوم در حال انجام است (شکل 30). در منابع انرژی الکتریکیانواع مختلف انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. به عنوان مثال، در ژنراتورهای الکتریکی 1 که توسط مکانیزمی به چرخش هدایت می شود، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود، در ترموژنراتور 2 - حرارتی، در باتری 9 در حین تخلیه آنها و سلول های گالوانیکی 10 - شیمیایی، در فتوسل 11 - تابشی.
گیرنده های انرژی الکتریکی، برعکس، انرژی الکتریکی را به انواع دیگر انرژی - حرارتی، مکانیکی، شیمیایی، تابشی و غیره تبدیل می کنند. به عنوان مثال، در موتورهای الکتریکی 3، انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، در بخاری های الکتریکی 5 - به انرژی تبدیل می شود. انرژی حرارتی، در حمام های الکترولیتی 8 و باتری های 7 وقتی شارژ می شوند - به مواد شیمیایی، در لامپ های الکتریکی 6 - به تابش و حرارت، در آنتن های 4 فرستنده رادیویی - به تابش.

معیار انرژی کار است. کار W انجام شده توسط جریان الکتریکی در زمان t در ولتاژ شناخته شده U و جریان I برابر است با حاصل ضرب ولتاژ ضربدر جریان و زمان عمل آن:

W=UIt (29)

کار انجام شده توسط جریان الکتریکی 1 A در ولتاژ 1 ولت برای 1 ثانیه به عنوان واحد انرژی الکتریکی در نظر گرفته می شود. این واحد ژول (J) نامیده می شود. ژول که وات ثانیه (W * s) نیز نامیده می شود ، یک واحد اندازه گیری بسیار کوچک است ، بنابراین در عمل از واحدهای بزرگتر برای اندازه گیری انرژی الکتریکی استفاده می شود - وات ساعت (1 وات * ساعت \u003d 3600) J)، کیلووات ساعت (1 کیلووات * ساعت = 1000 وات * ساعت = 3.6 * 10 6 جی)، مگاوات ساعت (1 مگاوات * ساعت = 1000 کیلووات * ساعت = 3.6 * 10 9 ژول).

برق.انرژی دریافتی توسط گیرنده یا خارج شدن از منبع جریان به مدت 1 ثانیه توان نامیده می شود. توان P در مقادیر ثابت U و I برابر است با حاصلضرب ولتاژ U و جریان I:

P=UI(30)

با استفاده از قانون اهم برای تعیین جریان و ولتاژ بسته به مقاومت R و رسانایی G، می توانید عبارات دیگری را برای توان بدست آورید. اگر ولتاژ U=IR یا جریان I=U/R=UG را در فرمول (30) جایگزین کنیم، دریافت می کنیم

P = I 2 R (31)

P \u003d U 2 /R \u003d U 2 G (32)

بنابراین توان الکتریکی برابر است با حاصل ضرب مجذور جریان و مقاومت یا توان الکتریکی به مجذور ولتاژ تقسیم بر مقاومت یا مجذور ولتاژ بر رسانایی.

توانی که با جریان 1 آمپر در ولتاژ 1 ولت ایجاد می شود، واحد توان در نظر گرفته می شود و وات (W) نامیده می شود. در فناوری، قدرت در واحدهای بزرگتر اندازه گیری می شود: کیلووات (1 کیلووات = 1000 وات) و مگاوات (1 مگاوات = 1،000،000 وات).

تلفات انرژی و راندمان.هنگام تبدیل انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی یا بالعکس، تمام انرژی به نوع مورد نیاز انرژی تبدیل نمی شود، بخشی از آن به طور غیرمولد برای غلبه بر اصطکاک در یاتاقان های ماشین، سیم های حرارتی و غیره صرف می شود (از بین می رود). در هر ماشین و هر دستگاهی اجتناب ناپذیر است.
نسبت توانی که منبع یا گیرنده انرژی الکتریکی به توان دریافتی آن می دهد راندمان منبع یا گیرنده می گویند. کارایی (کارایی)

? \u003d P 2 / P 1 \u003d P 2 / (P 2 +؟ P) (33)

P 2 - قدرت خروجی (مفید)؛
P 1 - قدرت دریافتی؛
?P - از دست دادن توان.

راندمان همیشه کمتر از یکپارچگی است، زیرا در هر ماشین و هر دستگاهی تلفات انرژی وجود دارد. گاهی اوقات کارایی به صورت درصد بیان می شود. بنابراین، موتورهای کششی لوکوموتیوهای الکتریکی و لکوموتیوهای دیزلی دارای راندمان 86-92٪، ترانسفورماتورهای قدرتمند - 96-98٪، پست های کششی - 94-96٪، شبکه تماس برقی شده هستند. راه آهن- حدود 90٪، ژنراتورهای لوکوموتیو - 92-94٪.
به عنوان مثال، توزیع انرژی را در نظر بگیرید مدار الکتریکی(شکل 31). ژنراتور 1 که این مدار را تغذیه می کند، از موتور اولیه 2 (به عنوان مثال، یک موتور دیزل) توان مکانیکی Р mx = 28.9 کیلو وات دریافت می کند و توان الکتریکی Р el = 26 کیلو وات (2.9 کیلو وات تلفات برق در ژنراتور است) . بنابراین، کارایی دارد؟ ژن \u003d P el / P mx \u003d 26 / 28.9 \u003d 0.9.

توان Р el = 26 کیلو وات، که توسط ژنراتور داده می شود، برای تغذیه لامپ های الکتریکی (6 کیلو وات)، گرم کردن اجاق های برقی (7.2 کیلو وات) و تامین انرژی یک موتور الکتریکی (10.8 کیلو وات) صرف می شود. بخشی از توان P pr \u003d 2 کیلو وات به دلیل گرمایش بی فایده سیم های اتصال ژنراتور به مصرف کنندگان از بین می رود.

در هر گیرنده انرژی الکتریکی، تلفات برق نیز وجود دارد. در موتور الکتریکی 3 تلفات توان 0.8 کیلو وات است (توان 10.8 کیلووات را از شبکه دریافت می کند و فقط 10 کیلو وات می دهد) بنابراین بازده ?dv = 10/10.8 = 0.925 است. از 6 کیلووات توان دریافتی لامپ ها، تنها بخش کوچکی به ایجاد انرژی تابشی می رسد که بیشتر آن به صورت گرما بیهوده دفع می شود. در یک اجاق برقی، تمام توان دریافتی 7.2 کیلووات صرف گرم کردن غذا نمی شود، زیرا بخشی از گرمای ایجاد شده توسط آن در فضای اطراف پخش می شود. هنگام در نظر گرفتن مدارهای الکتریکی، همراه با تعریف جریان ها و ولتاژهای عمل کننده بخش های جداگانه، باید توان انتقالی از طریق آنها را مشخص کرد. در این صورت باید به اصطلاح تعادل انرژی ظرفیت ها رعایت شود. این بدان معناست که توان دریافتی توسط هر وسیله (منبع جریان یا مصرف کننده) یا بخش مدار الکتریکی باید برابر با مجموع توانی که می دهد و تلفات برقی باشد که در این دستگاهیا بخشی از زنجیره

به این معنا که انواع متفاوتانرژی. در این مقاله به بررسی و بررسی مفاهیم فیزیکی مانند توان جریان الکتریکی می پردازیم.

فرمول های قدرت فعلی

تحت توان فعلی، و همچنین در مکانیک، آنها کاری را که در واحد زمان انجام می شود، درک می کنند. برای محاسبه توان، دانستن کاری که یک جریان الکتریکی در یک دوره زمانی معین انجام می دهد، یک فرمول فیزیکی کمک خواهد کرد.

جریان، ولتاژ، توان در الکترواستاتیک با یک برابری مرتبط هستند که می توان از فرمول بدست آورد A=UIt. کار جریان الکتریکی را مشخص می کند:

P=A/t=UI/t=UI
بنابراین، فرمول قدرت جریان مستقیم در هر بخش از مدار به عنوان حاصل ضرب قدرت جریان و ولتاژ بین انتهای بخش بیان می شود.

واحدهای قدرت

1 وات (وات) - قدرت جریان 1 آمپر (آمپر) در یک هادی که بین انتهای آن ولتاژ 1 ولت (ولت) حفظ می شود.

دستگاهی برای اندازه گیری توان جریان الکتریکی وات متر نامیده می شود. همچنین فرمول توان فعلی به شما امکان می دهد با استفاده از ولت متر و آمپرمتر توان را تعیین کنید.

یک واحد توان خارج از سیستم kW (کیلووات)، گیگاوات (گیگاوات)، میلی‌وات (میلی‌وات) و غیره است. ). از آنجا که 1 کیلو وات = 10 3 وات و 1 ساعت = 3600 ثانیه، آن

1 کیلو وات · h \u003d 10 3 W 3600s \u003d 3.6 10 6 W s \u003d 3.6 10 6 J.

قانون و قدرت اهم

با استفاده از قانون اهم، فرمول توان فعلی P=UIبه این شکل نوشته شده است:

P \u003d UI \u003d U 2 / R \u003d I 2 / R
بنابراین، توان آزاد شده بر روی هادی ها با قدرت جریان عبوری از هادی و ولتاژ در انتهای آن نسبت مستقیم دارد.

توان واقعی و نامی

هنگام اندازه‌گیری توان مصرف‌کننده، فرمول توان فعلی به شما امکان می‌دهد مقدار واقعی آن را تعیین کنید، یعنی مقداری که در واقع آزاد می‌شود. این لحظهزمان بر مصرف کننده

در پاسپورت انواع لوازم برقی، مقدار توان نیز ذکر شده است. اسمی نامیده می شود. گذرنامه یک دستگاه الکتریکی معمولا نه تنها توان نامی، بلکه ولتاژی را که برای آن طراحی شده است نشان می دهد. با این حال، ولتاژ در شبکه ممکن است کمی با ولتاژ مشخص شده در گذرنامه متفاوت باشد، به عنوان مثال، افزایش یابد. با افزایش ولتاژ، قدرت جریان در شبکه نیز افزایش می یابد و در نتیجه توان جریان در مصرف کننده افزایش می یابد. یعنی مقدار توان واقعی و نامی دستگاه ممکن است متفاوت باشد. حداکثر توان واقعی دستگاه الکتریکیبیشتر از اسمی این کار به منظور جلوگیری از خرابی دستگاه با تغییرات جزئی در ولتاژ در شبکه انجام می شود.

اگر مدار متشکل از چندین مصرف کننده باشد، هنگام محاسبه توان واقعی آنها، باید به خاطر داشت که برای هر اتصال مصرف کنندگان، کل توان در کل مدار برابر با مجموع ظرفیت های مصرف کنندگان فردی است.

کارایی یک وسیله برقی

همانطور که می دانید ماشین ها و مکانیسم های ایده آل وجود ندارند (یعنی آنهایی که به طور کامل یک نوع انرژی را به دیگری تبدیل می کنند یا انرژی تولید می کنند). در حین کار دستگاه، بخشی از انرژی صرف شده لزوماً صرف غلبه بر نیروهای مقاومت نامطلوب می شود یا به سادگی در محیط "پراکنده می شود". بنابراین، تنها بخشی از انرژی صرف شده توسط ما صرف انجام کارهای مفید می شود که دستگاه برای آن ساخته شده است.

به عبارت دیگر، راندمان نشان می دهد که کار صرف شده زمانی که مثلاً توسط یک وسیله الکتریکی انجام می شود، چقدر کارآمد استفاده می شود.

کارایی (که با حرف یونانی η ("این") مشخص می شود) یک کمیت فیزیکی است که کارایی یک دستگاه الکتریکی را مشخص می کند و نشان می دهد که چقدر از کار مفید صرف شده است.

راندمان (مانند مکانیک) با فرمول تعیین می شود:

η = A P / A Z 100%

اگر قدرت جریان الکتریکی مشخص باشد، فرمول های تعیین CCD به صورت زیر خواهد بود:

η \u003d P P / P Z 100٪

قبل از تعیین کارایی یک دستگاه، باید مشخص شود که چیست کار مفید(دستگاه برای چه ساخته شده است) و چه کاری صرف شده است (کار در حال انجام است یا چقدر انرژی صرف انجام کار مفید می شود).

وظیفه

یک لامپ برقی معمولی دارای قدرت 60 وات و ولتاژ کاری 220 ولت است. جریان الکتریکی در لامپ چه کاری انجام می دهد و در طول ماه چقدر برای برق پرداخت می کنید، با تعرفه T = 28 روبل. استفاده از لامپ به مدت 3 ساعت در روز؟
جریان لامپ و مقاومت مارپیچ آن در شرایط کار چقدر است؟

راه حل:

1. برای حل این مشکل:
الف) محاسبه زمان کارکرد لامپ برای یک ماه؛
ب) کار قدرت جریان در لامپ را محاسبه می کنیم.
ج) ما هزینه ماهانه را با نرخ 28 روبل محاسبه می کنیم.
د) قدرت فعلی لامپ را محاسبه کنید.
ه) مقاومت سیم پیچ لامپ را در شرایط کار محاسبه می کنیم.

2. کار قدرت جریان با فرمول محاسبه می شود:

A = P t

قدرت جریان در لامپ به محاسبه فرمول قدرت فعلی کمک می کند:

P=UI;
I = P/U.

مقاومت سیم پیچ لامپ در شرایط کاری از قانون اهم برابر است با:

[A] = Wh;

[I] \u003d 1V 1A / 1B \u003d 1A؛

[R] = 1V/1A = 1Ω.

4. محاسبات:

t = 30 روز 3 ساعت = 90 ساعت;
A \u003d 60 90 \u003d 5400 Wh \u003d 5.4 kWh.
I \u003d 60/220 \u003d 0.3 A.
R \u003d 220 / 0.3 \u003d 733 اهم؛
V \u003d 5.4 کیلووات ساعت 28 کیلووات ساعت \u003d 151 روبل.

پاسخ: A \u003d 5.4 کیلووات ساعت؛ I \u003d 0.3 A; R = 733 اهم؛ B = 151 روبل.

محتوا:

مدتهاست که می دانستند در دنیا کرامبی وجود دارد که نه تنها در مورد خوب و چه چیزی بد بلکه در مورد هر چیزی از پدران خود می پرسند. بنابراین، این احتمال وجود دارد که یک کودک بزرگتر بپرسد که چرا روی بخاری 2000 W نوشته شده است. کسانی که می توانند Baby، پدرانشان و بسیاری دیگر از خوانندگانی که اصول اولیه فیزیک را فراموش کرده اند، اطلاعات بیشتری پیدا کنند که حافظه آنها را تازه می کند. . به طور خاص، به یاد بیاوریم که با چه توانی اندازه گیری می شود و نام واحد اندازه گیری توان برق چیست.

قدرت در اطراف ما

اکنون در هر جایی که مردم زندگی می کنند، وسایل برقی وجود دارد. هر کدام دارای رتبه مصرف برق هستند. در گذرنامه فنی یا کتابچه راهنمای دستورالعمل کلمات روشن کننده وجود دارد - برق. این تعریف به عنوان چیزی انتزاعی و نه حیاتی و غیرشخصی تلقی می شود. از این گذشته ، اگر در زندگی مظاهر انرژی و بر این اساس قدرت وجود داشته باشد که بیشتر از کلمه "قدرت" استفاده می شود ، همیشه مشخص است که این همه با چه کسی یا با چه چیزی مرتبط است.

مثلاً گلی از کوه فرود آمد که با تمام قوا بر فلان شهر افتاد. فوراً مشخص می شود که یک جریان گل قدرتمند است، دارای قدرت تخریبی است و مفهوم قدرت دقیقاً با آن، با حرکت آن، با آنچه که از آن تشکیل شده است، مرتبط است. اما برق با چه کسی یا با چه چیزی وصل است؟ از آنجایی که همه ما از کودکی در مورد خطر می دانیم پریز برقاول از همه به تنش توجه کنید. و در واقع: از آنجایی که کارکرد وسایل برقی نیاز به ولتاژ در پریز دارد، پس می توان گفت که توان برق، توان ولتاژ است.

اما اگر نزدیک پریز بخاری باشد و دوشاخه آن در آن نباشد گرما نمی دهد. با این حال، هنوز ولتاژ در خروجی وجود دارد. و هیچ اتفاقی نمی افتد. بنابراین تعریف «قدرت ولتاژ» نادرست است. تولید گرما و تظاهرات دیگر قدرت الکتریکیهمیشه با ظاهر بین نقاط با پتانسیل الکتریکی متفاوت یک هادی و فرآیندهای جریان در آن همراه است. شدت آنها ارتباط مستقیمی با انتشار گرما و نور دارد که نمونه آن رعد و برق و رعد است.

بنابراین توان الکتریکی قدرت جریان است نه ولتاژ. و به دلایل خوب، چنین تعریفی به عنوان جریان الکتریکی در الکتریسیته معرفی شد. حتی اگر دیدن آن غیرممکن باشد ظاهرجریان الکتریکی، برخلاف جریان مایع، شباهت های زیادی بین آنها وجود دارد. درست مانند جریان گل، قدرت جریان دارد. اما ماهیت آن متفاوت است. این نیرو اثر مکانیکی مستقیم ندارد. با این حال، همانطور که توسط مختلف نشان داده شده است ماشین های برقیو لوازم الکتریکی، قدرت فعلی قادر به بسیار است.

این "بسیار" را می توان با سه نتیجه اصلی که قدرت جریان الکتریکی به دست می دهد توصیف کرد:

• گرم؛
• سبک؛
• میدان های الکترومغناطیسی

به منظور انجام محاسبات، و همچنین اندازه گیری قدرت جریان الکتریکی، واحدهای اندازه گیری توان جریان اتخاذ شد. آنها به افتخار فیزیکدان انگلیسی جیمز وات در سال 1882 نامگذاری شدند. این دانشمند فرآیندهای مرتبط با پیاده سازی را مورد مطالعه قرار داد انواع مختلفبه عنوان یک کمیت فیزیکی کار کنید. از آن زمان، 1 وات استفاده شده است که به اختصار W و W است. اگر کسی فراموش کرده است که چه چیزی در فیزیک به چه چیزی اشاره دارد، به شما یادآوری می کنیم: قدرت برابر است با کار انجام شده در واحد زمان.

و برای اینکه با نوشتن تعداد زیادی صفر برای مقادیر زیاد توان الکتریکی خود را خسته نکنید، قبل از W می نویسند:

• کیلو، به صورت مخفف kW - به جای سه صفر؛
• مگا، به ترتیب، میلی وات - به جای شش صفر؛
• گیگا، gW - به جای نه صفر.

اینقدر قدرت...

در زمان وات، مهندسی برق تازه شروع به توسعه کرده بود، و به همین دلیل، فیزیک به طور قابل توجهی ساده تر از امروز بود. جریان الکتریکی مستقیم به میزان بسیار بیشتری نسبت به جریان متناوب مورد مطالعه قرار گرفته است. برای محاسبات با جریان الکتریکی ثابت، فرمول توجیه شد:

که در آن توان p، ولتاژ u و جریان الکتریکی i وجود دارد. اما یک جریان متناوب نیز وجود دارد. مطالعات نشان داده است که توان p حاصل از فرمول جریان مستقیم با واقعیت مطابقت ندارد. در جریان متناوب، ویژگی های جدید کاملاً متفاوتی از توان جریان ظاهر می شود. نتیجه آنها نامرئی است و بدون اندازه گیری ها و ابزارهای خاص قابل درک نیست. در جریان متناوب، قدرت ظاهر می شود که با ایجاد میدان های الکترومغناطیسی در سلف ها و همچنین میدان های الکترواستاتیک در خازن ها مرتبط است.

این دلیل مغایرت با عبارت توان p=u*i بود. من مجبور شدم یک حسابداری جداگانه برای آن در جریان متناوب معرفی کنم. برای او، یک واحد به تصویب رسید - var (در صورت اختصار). به قیاس با جریان مستقیماین به معنای ولت - آمپر راکتیو (نام کامل) است.

شرح مفصل تر از جریان متناوبفراتر از داستان فعلی است. بله، و Crumbs، به احتمال زیاد، تقریباً نیمی از مقاله ما در خواب خواهد بود. اضافه بار اطلاعات مانند یک قرص خواب عمل می کند. بنابراین، برق متناوب داستان کاملاً متفاوتی است ...

قدرت. وات

ولتاژ با یک ولت متر (V) و جریان عبوری از بار (R) با آمپرمتر (A) اندازه گیری می شود.

واضح است که قدرت یکسانی را می توان در مقادیر مختلف ولتاژ منبع جریان به دست آورد. با ولتاژ منبع 1 ولت، برای به دست آوردن توان 1 وات، لازم است جریان 1 آمپر را از بار عبور دهید (1V x 1A \u003d 1W). اگر منبع ولتاژ 10 ولت تولید کند، قدرت 1 وات در جریان 0.1 آمپر (10V x 0.1A \u003d 1W) به دست می آید.

در فیزیک، قدرت سرعتی است که کار با آن انجام می شود.

هر چه کار سریعتر انجام شود، قدرت مجری بیشتر است.

یک ماشین قدرتمند سریعتر شتاب می گیرد. یک فرد قدرتمند (قوی) می تواند به سرعت یک کیسه سیب زمینی را به طبقه نهم بکشد.

1 وات توانی است که به شما امکان می دهد کار 1 ژول را در یک ثانیه انجام دهید (چه ژول در بالا توضیح داده شد).

اگر بتوانید یک بدنه دو کیلوگرمی را در یک ثانیه به سرعت 1 متر بر ثانیه شتاب دهید، در این صورت در حال توسعه قدرت 1 وات هستید.

اگر یک کیلوگرم بار را به ارتفاع 0.1 متر در ثانیه برسانید، قدرت شما 1 وات است، زیرا بار انرژی پتانسیل 1 ژول در ثانیه به دست می آورد.

اگر یک صفحه را از همان ارتفاع روی یک کف بتنی بیندازید، و دومی را روی یک پتو، مطمئناً اولی می شکند، اما دومی زنده می ماند. تفاوت در چیست؟ شرایط اولیه و نهایی یکسان است. صفحات از یک ارتفاع سقوط می کنند، بنابراین انرژی یکسانی دارند. هر دو صفحه در سطح کف متوقف می شوند - به نظر می رسد همه چیز یکسان است. تنها تفاوت این است این واقعیت که انرژی ای که نعلبکی در طول پرواز انباشته شده است در حالت اول فوراً (خیلی سریع) آزاد می شود و هنگامی که نعلبکی روی پتو یا فرش می افتد، روند ترمز به موقع طولانی می شود.

اجازه دهید نعلبکی در حال سقوط انرژی جنبشی 1J داشته باشد. فرآیند برخورد با کف بتنی مثلاً 0.001 ثانیه طول می کشد. معلوم می شود که توان آزاد شده در اثر ضربه 1/0.001=1000 وات است!

اگر صفحه به آرامی در مدت 0.1 ثانیه کاهش یابد، قدرت 1/0.1 = 10 وات خواهد بود. در حال حاضر فرصتی برای زنده ماندن وجود دارد - اگر یک موجود زنده به جای صفحه ظاهر شود.

به همین دلیل مناطق مچاله و کیسه های هوا در خودروها وجود دارد روند آزادسازی انرژی را در طول زمان کشش دهیددر تصادف، یعنی کاهش قدرت در برخورد. و به هر حال، آزاد شدن انرژی کار است. که در این مورد، کار پاره کردن اندام های داخلی و شکستن استخوان هاست.

اصلا، کار فرآیند تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر است.

مثال دیگر: می توانید با خیال راحت محتویات مخزن پروپان را در مشعل بسوزانید. اما اگر گاز موجود در سیلندر را با هوا مخلوط کرده و مشتعل کنید، وجود خواهد داشت انفجار.

در هر دو مورد، انرژی یکسانی آزاد می شود. اما در دوم انرژی در مدت زمان کوتاهی آزاد می شود. آ قدرت - نسبت مقدار کار به زمانی که برای آن انجام می شود.

در مورد الکتریسیته، 1 وات توان آزاد شده در بار زمانی است که حاصل ضرب جریان عبوری از آن و ولتاژ انتهای آن برابر با یک باشد. به عنوان مثال، اگر جریان عبوری از لامپ 1 آمپر باشد و ولتاژ در پایانه های آن 1 ولت باشد، توان اختصاص داده شده به آن 1 وات است.

یک لامپ با جریان 2 A با ولتاژ 0.5 ولت روی آن قدرت یکسانی خواهد داشت - محصول این مقادیر نیز برابر با یک است.

بنابراین:

P = U*I. توان برابر است با حاصل ضرب ولتاژ و جریان.

می توانیم آن را متفاوت بنویسیم:

I=P/Uجریان برابر است با توان تقسیم بر ولتاژ.

به عنوان مثال، یک لامپ رشته ای وجود دارد. بر اساس آن پارامترها هستند:ولتاژ 220 ولت توان 100 وات توان 100 وات به این معنی است که حاصل ضرب ولتاژ اعمال شده به ترمینال آن ضربدر جریان عبوری از آن لامپ صد است. U*I=100.

چه جریانی از آن عبور خواهد کرد؟ واتسون ابتدایی: I = P/U، تقسیم توان در هر ولتاژ (100/220)، 0.454 A دریافت می کنیم. جریان عبوری از لامپ 0.454 آمپر است. یا به عبارت دیگر 454 میلی آمپر (میلی - هزارم).

یکی دیگر از گزینه های ضبط U=P/I. همچنین در جایی مفید است.

اکنون ما با دو فرمول مسلح شده ایم - قانون اهم و فرمول قدرت جریان الکتریکی. و این یک ابزار است.

می خواهیم مقاومت فیلامنت همان لامپ رشته ای 100 واتی را بدانیم.

قانون اهم به ما می گوید: R = U/I.

شما نمی توانید جریان را از طریق لامپ محاسبه کنید تا بعداً آن را در فرمول جایگزین کنید، اما راه کوتاهی را طی کنید: از آنجایی که I \u003d P / U ، P / U را به جای I در فرمول R \u003d U / I جایگزین می کنیم. .

در واقع، چرا جریان (که برای ما ناشناخته است) را با ولتاژ و توان لامپ (که روی پایه نشان داده شده است) جایگزین نکنید.

بنابراین: R = U/P/U که برابر با U^2/P است. R = U^2/P. 220 (ولتاژ) مربع و تقسیم بر صد (قدرت لامپ). ما مقاومت 484 اهم را دریافت می کنیم.

می توانید محاسبات را بررسی کنید. در بالا، ما هنوز جریان عبوری از لامپ را در نظر گرفتیم - 0.454 A.

R \u003d U / I \u003d 220 / 0.454 \u003d 484 اهم. هر چه می توان گفت، تنها یک نتیجه گیری درست وجود دارد.

بار دیگر، فرمول قدرت: P = U*I(1)، یا I=P/U(2)، یا U=P/I (3).

قانون اهم: I = U/R(4) یا R = U/I(5) یا U=I*R (6).

P - قدرت

U - ولتاژ

من - جاری

R - مقاومت

در هر یک از این فرمول ها، به جای یک مقدار مجهول، می توانید موارد شناخته شده را جایگزین کنید.

اگر باید قدرت را با داشتن مقادیر ولتاژ و مقاومت دریابید، فرمول 1 را می گیریم، به جای جریان I معادل آن را از فرمول 4 جایگزین می کنیم.

معلوم می شود P = U^2/R. توان برابر است با مجذور ولتاژ تقسیم بر مقاومت. یعنی وقتی ولتاژ اعمال شده به مقاومت تغییر می کند، توان آزاد شده روی آن در یک وابستگی درجه دوم تغییر می کند: ولتاژ دو برابر می شود، قدرت (برای یک مقاومت - گرمایش) چهار برابر شده است! این چیزی است که ریاضیات به ما می گوید.

باز هم، یک قیاس هیدرولیکی به درک اینکه چرا این اتفاق در عمل رخ می دهد کمک می کند.جسمی در ارتفاع معینی دارای انرژی پتانسیل است. و با پایین آمدن از این ارتفاع می تواند کار انجام دهد. به این صورت است که آب کار تولید انرژی در یک نیروگاه برق آبی را انجام می دهد و از طریق یک هیدروتوربین از سطح مخزن به پایین دست (سطح پایین تر) فرود می آید.

انرژی پتانسیل یک جسم به جرم آن و ارتفاعی که در آن قرار دارد بستگی دارد (سنگ در حال سقوط هر چه مشکل بیشتری ایجاد کند، وزن آن بیشتر می شود و ارتفاع آن بیشتر می شود). نیروی گرانش در محل سقوط آن نیز مهم است. سقوط همان سنگ از همان ارتفاع خطرناک تر استروی زمین نسبت به ماه، زیرا در ماه "نیروی گرانش" (نیروی که سنگ را به پایین می کشد) 6 برابر کمتر از زمین است. بنابراین، ما سه پارامتر داریم که بر انرژی پتانسیل تأثیر می گذارد - جرم، ارتفاع و گرانش. آنها در فرمول انرژی جنبشی موجود هستند:

Ek \u003d m * g * h،

جایی که متر- وزن جسمgشتاب سقوط آزاد است این مکان("جاذبه زمین")،ساعت- ارتفاعی که جسم در آن قرار دارد.

بیایید نصب را مونتاژ کنیم: یک پمپ موتور محور آب را از مخزن پایینی به مخزن بالایی پمپ می کند و آبی که تحت تأثیر گرانش از مخزن بالایی به پایین جریان می یابد ژنراتور را می چرخاند:

واضح است که هرچه ستون آب بالاتر باشد، آب انرژی بیشتری خواهد داشت. ارتفاع ستون را دو برابر کنیم. واضح است که در دو برابر ارتفاع ساعت، آب دو برابر انرژی پتانسیل خواهد داشت و به نظر می رسد قدرت ژنراتور باید دو برابر شود؟ در واقع قدرت آن چهار برابر خواهد شد. چرا؟ زیرا به دلیل فشار مضاعف از بالا، جریان آب از طریق ژنراتور دو برابر می شود. و دوبرابر کردن جریان آب در دو برابر فشار یکسان، منجر به افزایش چهار برابری توان اختصاص داده شده به ژنراتور می شود: دو برابر بیشتر و دو برابر قوی تر.

هنگامی که ولتاژ اعمال شده به آن دو برابر شود، همین اتفاق در مقاومت نیز می افتد. آیا فرمول توان تلف شده در یک مقاومت را به خاطر داریم؟

P = U*I.

قدرت پبرابر حاصلضرب ولتاژ Uبه مقاومت و جریان اعمال می شود مندر آن جریان دارد. دو برابر شدن ولتاژ اعمال شده U، قدرت، به نظر می رسد که باید دو برابر شود. اما پس از همه، افزایش ولتاژ همچنین منجر به افزایش متناسب جریان از طریق مقاومت می شود! بنابراین، نه تنها دو برابر U، اما همچنین من. به همین دلیل است که توان به ولتاژ اعمال شده در یک وابستگی درجه دوم بستگی دارد.

باتری با دو برابر ولتاژ، الکترون ها را به دو برابر ارتفاع «پمپ می کند» و این دقیقاً به همان تصویری می رسد که در نمونه هیدرولیک وجود دارد.

آیا نیاز به دانستن قدرت، دانستن مقاومت و جریان دارید، اما ولتاژ را نمی دانید؟ مشکلی نیست در همان فرمول اول به جای Uمعادل را جایگزین کنید Uاز فرمول 6. دریافت می کنیم P = I^2*R. توان برابر است با مجذور جریان ضربدر مقاومت.

همتای هیدرولیک بالا به شما کمک می کند تا دلیل آن را درک کنید. دوبرابر کردن جریان عبوری از این مقاومت تنها با دو برابر کردن ولتاژ اعمال شده به آن امکان پذیر است.و بنابراین فرمول P = U*I، با وجود عدم وجود در فرمول، اینجا کار خواهد کرد P = I^2*Rولتاژ. فقط این است که تنش در این مورد "پشت صحنه" وجود دارد و در پشت متغیرهای دیگر پنهان می شود.

یکی دیگر از موارد عجیب این فرمول این است که قدرت با مقاومت نسبت مستقیم دارد. آیا می تواند اینطور باشد؟ خب، پس بیایید مدار را به طور کلی قطع کنیم، مقاومت تا بی نهایت افزایش می یابد، به این معنی که توان تخصیص داده شده به چیزی که وجود ندارد بر همین اساس افزایش می یابد؟ براد چی

در واقع همه چیز ساده است. افزایش مقاومت منجر به کاهش متناظر در جریان عبوری از مقاومت می شود. اگر در فرمول

P = I^2*R،

مقاومت آردو برابر شد، سپس مننصف خواهد شد. و وابستگی توان به جریان در این فرمول درجه دوم است. بنابراین انتظار می رود توان تلف شده در مقاومت به نصف کاهش یابد.

یادآوری می کنم:

ولتاژ (U) "تفاوت فشار الکتریکی" بین هر دو نقطه در مدار الکتریکی است (مشابه با اختلاف فشار یک مایع). واحد - ولت.

جاری (من) تعداد الکترون هایی است که از قسمتی از مدار عبور می کنند (مشابه با جریان سیال).واحد - آمپر. 1 A = 1 C / ثانیه.

مقاومت (آر) - توانایی یک بخش زنجیره ای برای تداخل (مقاومت) با حرکت الکترون ها(مانند گلوگاه یا انسداد در لوله).واحد - اهم.

قدرت (پ) حاصل ضرب ولتاژ و جریان است (مثل اینکه جریان آب را از هر بخش از لوله آب در اختلاف فشار در انتهای این قسمت ضرب کرده باشیم).واحد - وات.