Как определяется мощность: Формула мощности в физике — Мир Антенн

{3} h}$

Читать дальше: Формула плотности вещества.

Содержание

Механическая работа. Мощность. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Механическая работа (А)
Физическая величина, характеризующая результат действия силы и численно равная скалярному произведению вектора силы и вектора перемещения, совершенного под действием этой силы.
A=Fscosα	A=Fscosα
Работа не совершается, если: 1.Сила действует, а тело не перемещается. Например: мы действуем с силой на шкаф, но не можем сдвинуть.
2.Тело перемещается, а сила равна нулю или все силы скомпенсированы. Например: при движении по инерции работа не совершается.
3. Угол между векторами силы и перемещения (мгновенной скорости) равен 90⁰(cosα=0). Например: центростремительная сила работу не совершает.
Если вектора силы и перемещения сонаправлены (α=0⁰, cos0=1), то A=Fs
Если вектора силы и перемещения направлены противоположно (α=180⁰, cos180⁰ = -1), то A= -Fs (например, работа силы сопротивления, трения).
Если угол между векторами силы и перемещения 0⁰ < α < 180⁰, то работа положительна.
Если угол между векторами силы и перемещения 0⁰ < α < 180⁰ , то работа положительна.
*Если на тело действует несколько сил, то полная работа (работа всех сил) равна работе результирующей силы.*
Если тело движется не по прямой, то можно разбить все движение на бесконечно малые участки, которые можно считать прямолинейными, и просуммировать работы.
Графическое представление работы.
Рассмотрим движение тела под действием постоянной силы вдоль прямой Ох. График зависимости силы от координаты изображен на рисунке. Площадь заштрихованного прямоугольника на рисунке численно равна работе силы Fпри перемещении из точки х₁ в точку х₂.
Если сила меняется с расстоянием (координатой), то необходимо разбить все движение на такие малые участки, на которых силу можно считать неизменной, сосчитать работы на каждом элементарном участке пути, и сложить все элементарные работы. Таким образом: *работа численно равна площади фигуры под графиком зависимости силы от координаты* F(x).
*Единицы работы.*
В международной системе единиц (СИ): [А] = Дж = Н • м Механическая работа равна одному джоулю, если под действием силы в 1 Н оно перемещается на 1 м в направлении действия этой силы.	1Дж = 1Н • 1м
Мощность
Мощность — физическая величина, характеризующая скорость совершения работы и численно равная отношению работы к интервалу времени, за который эта работа совершена. Мощность показывает, какая работа совершается за единицу времени.

*Единицы мощности* В международной системе единиц (СИ): Мощность равна одному ватту, если за 1 с совершается работа 1 Дж.	1 л.с. (лошадиная сила) ≈ 735 Вт

Определение мощности электрического тока

Мощность электрического тока – один из основных параметров, определяющих работу электроцепи, наряду с напряжением и силой тока. Этот показатель всегда присутствует в технических характеристиках двигателей, трансформаторов, генераторов.

Генератор на электростанции

Определение

Чтобы понять, что такое мощность тока, надо определить его работу, так как они неразрывно связаны. Работа электротока заключается в энергопреобразовании из электрического вида в тепловой, кинетический и т. д. Мерилом этой энергии является работа. А мощность электрического тока – это скорость, с которой происходят преобразования. Формулой можно выразить:

P = A/t.

В чем измеряется мощность тока, проистекает из формулы, – Дж/с. Получилась единица измерения, называемая ватт (Вт). Другая единица измерения мощности, часто применяемая в энергетике, – следствие из другой формулы:

P = U*I.

Это вольтампер (ВА) и производные от нее кВА, мВА.

Важно! Благодаря последней формуле, можно заметить, что идентичную мощность электрического тока возможно получить при повышенном напряжении и маленьком токе либо при перемене местами количественного значения этих показателей. Так как при большом токе потери выше, эту зависимость используют, передавая электроэнергию по высоковольтным ЛЭП на значительные дистанции.

В электроцепях на постоянном токе существует один вид мощности, измеряемый в ваттах. Электрическая мощность, используемая при расчетах электросетей переменного тока, может быть:

активная;
реактивная;
полная;
комплексная.

Активная

Этот вид мощности электрического тока определяет работу, целиком затраченную на энергопреобразования. Пример – энергия, выделившаяся на нагрев сопротивления.

Формула расчета:

P = U*I cos φ,

где «φ» – это угол, на который сдвинуты фазы между векторами тока и напряжения.

Показатели U и I при подстановке в формулическое выражение берутся среднеквадратичные.

Формулы для расчета мощности

Реактивная

Реактивная мощность электрического тока применяется для оценки количественного показателя емкостной и индуктивной нагрузки на сеть.

Формула расчета:

Q = U*I sin φ.

Для реактивной мощности электрического тока применяют единицу измерения вольтампер реактивный (ВАр, кВАр, мВАр).

Реактивная часть появляется при расчете мощности в электрической цепи, к которой подключена индуктивность или емкость:

Индуктивность – это любая катушка: трансформаторная, реакторная, обмотки электродвигателя и т. д. Из-за происходящих процессов самоиндукции электрическая энергия не вся преобразовывается в другой вид, а определенное количество возвращается в сеть. Так как вектор ее смещен по фазе, сеть работает с перегрузкой;
Конденсатор, представляющий собой емкость, работает аналогичным образом, но смещение вектора возвращаемой энергии находится в противофазе по сравнению с индуктивным.

Важно! Для повышения качества электроэнергии и более эффективной работы электросетей свойство индуктивности и емкости работать в противофазе используется для компенсации реактивной энергии (применение конденсаторных батарей).

Конденсаторные батареи

Полная

Зная активную и реактивную составляющую, можно определить, чему равна полная мощность электрического тока. Хотя она не характеризует потребление энергии по факту, расчеты необходимы для определения нагрузки на компоненты электросетей: воздушные и кабельные линии, коммутационные аппараты, трансформаторы.

Формула расчета:

S = U*I, результат измеряется в вольтамперах.

Если использовать для расчета активную и реактивную составляющую, то полное мощностное значение определяется извлечением квадратного корня из суммы их квадратов.

Как измеряется

Количественный мощностной показатель измеряется несколькими способами с помощью разных приборов:

ваттметры, варметры для прямых замеров;
амперметры и вольтметры для косвенных замеров;
фазометр, позволяющий оценить влияние реактивной составляющей.

Прямые замеры

Служат для прямого измерения активного и реактивного мощностного показателя. Все ваттметры и варметры делятся на:

Аналоговые. Существуют стрелочные приборы и с самопишущими устройствами. На них отображается активная мощностная величина. Состоят из неподвижной катушки, включенной в цепь последовательно, и подвижной с параллельным подключением. Стрелка отклоняется от взаимного влияния создаваемых магнитных полей;
Цифровые. Содержат микропроцессоры, вычисляющие значения активной и реактивной составляющих на основе измерений тока и напряжения.

Цифровой варметр

Существуют трехфазные и однофазные приборы, многофункциональные ваттметры для замеров других параметров: частоты, силы тока, напряжения.

Косвенные замеры

При косвенных замерах в цепь подключается амперметр и вольтметр, снимаются их показания, затем, подставляя их в формулическое выражение, вычисляется количественный мощностной показатель.

Фазометры

Замерить коэффициент, на который умножается активная мощность, cos φ, можно с помощью фазометра, что позволяет оценить влияние реактивного компонента.

Аналоговое устройство работает по тому же принципу, что и идентичный ваттметр. Только шкала проградуирована в значениях cos φ. Подключение прибора производится к одним клеммам последовательно, к другим –параллельно, чтобы измерять напряжение и электроток. В трехфазных устройствах надо подсоединить все фазы.

Высокоточные цифровые приборы содержат детекторы, непосредственно сравнивающие фазы, и микропроцессоры, обрабатывающие информацию.

Фазометры нашли широкое применение при регулировании работы генераторов и синхронных электродвигателей:

У синхронного электродвигателя cos φ зависит от возбуждающего тока. При регулировании его функционирования в режиме отдачи реактивной составляющей, чтобы уменьшить ее негативное влияние, используют фазометр;
В генераторах применяется ручное регулирование cos φ с целью поддержания стабильности его параметров в пусковых режимах. Если нагрузка индуктивная, и cos φ в индуктивной зоне шкалы снижается, возможен опасный нагрев статорной обмотки. При нахождении cos φ в емкостной зоне генератор работает на потребление тока, что недопустимо.

Фазометр

Регулирование cos φ

Если cos φ понижается, то в сети увеличиваются потери, а полезная часть работы по преобразованию электроэнергии уменьшается. Соответственно, растет потребление из сети. При этом напряжение падает.

Важно! Для обеспечения наилучшего соотношения параметров электросети необходимо поддерживать cos φ на уровне 0,95 в индуктивной части шкалы фазометра.

Для компенсации индуктивной нагрузки, уменьшающей cos φ, на электрических подстанциях устанавливают конденсаторные батареи. Когда индуктивная составляющая падает значительно, батареи отключаются. Иногда это реализуется в автоматическом режиме. Отслеживание cos φ производится по фазометру.

Расчеты разных видов мощности показывают, насколько работа сети надежна и эффективна, позволяют оценить потери в количественном выражении.

Видео

Оцените статью:

Работа, мощность, энергия — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Основные теоретические сведения

Механическая работа

К оглавлению…

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы. Работой, совершаемой постоянной силой F, называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла между векторами силы F и перемещения S:

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 ньютон на перемещении 1 метр в направлении действия силы.

Если же сила изменяется с течением времени, то для нахождения работы строят график зависимости силы от перемещения и находят площадь фигуры под графиком – это и есть работа:

Примером силы, модуль которой зависит от координаты (перемещения), может служить сила упругости пружины, подчиняющаяся закону Гука (F_упр = kx).

Мощность

К оглавлению…

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью. Мощность P (иногда обозначают буквой N) – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

По этой формуле рассчитывается средняя мощность, т.е. мощность обобщенно характеризующая процесс. Итак, работу можно выражать и через мощность: A = Pt (если конечно известна мощность и время совершения работы).

Единица мощности называется ватт (Вт) или 1 джоуль за 1 секунду. Если движение равномерное, то:

По этой формуле мы можем рассчитать мгновенную мощность (мощность в данный момент времени), если вместо скорости подставим в формулу значение мгновенной скорости. Как узнать, какую мощность считать? Если в задаче спрашивают мощность в момент времени или в какой-то точке пространства, то считается мгновенная. Если спрашивают про мощность за какой-то промежуток времени или участок пути, то ищите среднюю мощность.

КПД – коэффициент полезного действия, равен отношению полезной работы к затраченной, либо же полезной мощности к затраченной:

Какая работа полезная, а какая затраченная определяется из условия конкретной задачи путем логического рассуждения. К примеру, если подъемный кран совершает работу по подъему груза на некоторую высоту, то полезной будет работа по поднятию груза (так как именно ради нее создан кран), а затраченной – работа, совершенная электродвигателем крана.

Итак, полезная и затраченная мощность не имеют строгого определения, и находятся логическим рассуждением. В каждой задаче мы сами должны определить, что в этой задаче было целью совершения работы (полезная работа или мощность), а что было механизмом или способом совершения всей работы (затраченная мощность или работа).

В общем случае КПД показывает, как эффективно механизм преобразует один вид энергии в другой. Если мощность со временем изменяется, то работу находят как площадь фигуры под графиком зависимости мощности от времени:

Кинетическая энергия

К оглавлению…

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела (энергией движения):

То есть если автомобиль массой 2000 кг движется со скоростью 10 м/с, то он обладает кинетической энергией равной Е_к = 100 кДж и способен совершить работу в 100 кДж.

Эта энергия может превратиться в тепловую (при торможении автомобиля нагревается резина колес, дорога и тормозные диски) или может быть потрачена на деформацию автомобиля и тела, с которым автомобиль столкнулся (при аварии). При вычислении кинетической энергии не имеет значения куда движется автомобиль, так как энергия, как и работа, величина скалярная.

Тело обладает энергией, если способно совершить работу. Например, движущееся тело обладает кинетической энергией, т.е. энергией движения, и способно совершать работу по деформации тел или придания ускорения телам, с которыми произойдёт столкновение.

Физический смысл кинетической энергии: для того чтобы покоящееся тело массой m стало двигаться со скоростью v необходимо совершить работу равную полученному значению кинетической энергии. Если тело массой m движется со скоростью

v, то для его остановки необходимо совершить работу равную его первоначальной кинетической энергии. При торможении кинетическая энергия в основном (кроме случаев соударения, когда энергия идет на деформации) «забирается» силой трения.

Теорема о кинетической энергии: работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела:

Теорема о кинетической энергии справедлива и в общем случае, когда тело движется под действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения. Применять данную теорему удобно в задачах на разгон и торможение тела.

Потенциальная энергия

К оглавлению…

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия определяется взаимным положением тел (например, положением тела относительно поверхности Земли). Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями (так называемые

консервативные силы).

Работа таких сил на замкнутой траектории равна нулю. Таким свойством обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести Земли рассчитывается по формуле:

Физический смысл потенциальной энергии тела: потенциальная энергия равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень (h – расстояние от центра тяжести тела до нулевого уровня). Если тело обладает потенциальной энергией, значит оно способно совершить работу при падении этого тела с высоты h до нулевого уровня. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела, взятому с противоположным знаком:

Часто в задачах на энергию приходится находить работу по поднятию (переворачиванию, доставанию из ямы) тела. Во всех этих случаях нужно рассматривать перемещение не самого тела, а только его центра тяжести.

Потенциальная энергия Ep зависит от выбора нулевого уровня, то есть от выбора начала координат оси OY. В каждой задаче нулевой уровень выбирается из соображения удобства. Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а ее изменение при перемещении тела из одного положения в другое. Это изменение не зависит от выбора нулевого уровня.

Потенциальная энергия растянутой пружины рассчитывается по формуле:

где: k – жесткость пружины. Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Растяжение или сжатие х надо рассчитывать от недеформированного состояния тела.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией. Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x₁, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x₂ сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком (так как сила упругости всегда направлена против деформации тела):

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Работа силы трения зависит от пройденного пути (такой вид сил, чья работа зависит от траектории и пройденного пути называется: диссипативные силы). Понятие потенциальной энергии для силы трения вводить нельзя.

Коэффициент полезного действия

К оглавлению…

Коэффициент полезного действия (КПД) – характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Он определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой (формула уже приведена выше).

КПД можно рассчитывать как через работу, так и через мощность. Полезная и затраченная работа (мощность) всегда определяются путем простых логических рассуждений.

В электрических двигателях КПД – отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника. В тепловых двигателях – отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты. В электрических трансформаторах – отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.

В силу своей общности понятие КПД позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т.д.

Из–за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т.п. КПД всегда меньше единицы. Соответственно этому КПД выражается в долях затрачиваемой энергии, то есть в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. КПД характеризует как эффективно работает машина или механизм. КПД тепловых электростанций достигает 35–40%, двигателей внутреннего сгорания с наддувом и предварительным охлаждением – 40–50%, динамомашин и генераторов большой мощности – 95%, трансформаторов – 98%.

Задачу, в которой нужно найти КПД или он известен, надо начать с логического рассуждения – какая работа является полезной, а какая затраченной.

Закон сохранения механической энергии

К оглавлению…

Полной механической энергией называется сумма кинетической энергии (т.е. энергии движения) и потенциальной (т.е. энергии взаимодействия тел силами тяготения и упругости):

Если механическая энергия не переходит в другие формы, например, во внутреннюю (тепловую) энергию, то сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся неизменной. Если же механическая энергия переходит в тепловую, то изменение механической энергии равно работе силы трения или потерям энергии, или количеству выделившегося тепла и так далее, другими словами изменение полной механической энергии равно работе внешних сил:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему (т.е. такую в которой не действует внешних сил, и их работа соответственно равна нолю) и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной:

Это утверждение выражает закон сохранения энергии (ЗСЭ) в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой силами упругости и тяготения. Во всех задачах на закон сохранения энергии всегда будет как минимум два состояния системы тел. Закон гласит, что суммарная энергия первого состояния будет равна суммарной энергии второго состояния.

Алгоритм решения задач на закон сохранения энергии:

Найти точки начального и конечного положения тела.
Записать какой или какими энергиями обладает тело в данных точках.
Приравнять начальную и конечную энергию тела.
Добавить другие необходимые уравнения из предыдущих тем по физике.
Решить полученное уравнение или систему уравнений математическими методами.

Важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими силами действуют силы трения или силы сопротивления среды. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание). Таким образом энергия в целом (т.е. не только механическая) в любом случае сохраняется.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии.

Разные задачи на работу

К оглавлению…

Если в задаче требуется найти механическую работу, то сначала выберите способ её нахождения:

Работу можно найти по формуле: A = FS∙cosα. Найдите силу, совершающую работу, и величину перемещения тела под действием этой силы в выбранной системе отсчёта. Обратите внимание, что угол должен быть выбран между векторами силы и перемещения.
Работу внешней силы можно найти, как разность механической энергии в конечной и начальной ситуациях. Механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела.
Работу по подъёму тела с постоянной скоростью можно найти по формуле: A = mgh, где h – высота, на которую поднимается центр тяжести тела.
Работу можно найти как произведение мощности на время, т. е. по формуле: A = Pt.
Работу можно найти, как площадь фигуры под графиком зависимости силы от перемещения или мощности от времени.

Закон сохранения энергии и динамика вращательного движения

К оглавлению…

Задачи этой темы являются достаточно сложными математически, но при знании подхода решаются по совершенно стандартному алгоритму. Во всех задачах Вам придется рассматривать вращение тела в вертикальной плоскости. Решение будет сводиться к следующей последовательности действий:

Надо определить интересующую Вас точку (ту точку, в которой необходимо определить скорость тела, силу натяжения нити, вес и так далее).
Записать в этой точке второй закон Ньютона, учитывая, что тело вращается, то есть у него есть центростремительное ускорение.
Записать закон сохранения механической энергии так, чтобы в нем присутствовала скорость тела в той самой интересной точке, а также характеристики состояния тела в каком-нибудь состоянии про которое что-то известно.
В зависимости от условия выразить скорость в квадрате из одного уравнения и подставить в другое.
Провести остальные необходимые математические операции для получения окончательного результата.

При решении задач надо помнить, что:

Условие прохождения верхней точки при вращении на нити с минимальной скоростью – сила реакции опоры N в верхней точке равна 0. Такое же условие выполняется при прохождении верхней точки мертвой петли.
При вращении на стержне условие прохождения всей окружности: минимальная скорость в верхней точке равна 0.
Условие отрыва тела от поверхности сферы – сила реакции опоры в точке отрыва равна нулю.

Неупругие соударения

К оглавлению…

Закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса позволяют находить решения механических задач в тех случаях, когда неизвестны действующие силы. Примером такого рода задач является ударное взаимодействие тел.

Ударом (или столкновением) принято называть кратковременное взаимодействие тел, в результате которого их скорости испытывают значительные изменения. Во время столкновения тел между ними действуют кратковременные ударные силы, величина которых, как правило, неизвестна. Поэтому нельзя рассматривать ударное взаимодействие непосредственно с помощью законов Ньютона. Применение законов сохранения энергии и импульса во многих случаях позволяет исключить из рассмотрения сам процесс столкновения и получить связь между скоростями тел до и после столкновения, минуя все промежуточные значения этих величин.

С ударным взаимодействием тел нередко приходится иметь дело в обыденной жизни, в технике и в физике (особенно в физике атома и элементарных частиц). В механике часто используются две модели ударного взаимодействия – абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.

Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.

При абсолютно неупругом ударе механическая энергия не сохраняется. Она частично или полностью переходит во внутреннюю энергию тел (нагревание). Для описания любых ударов Вам нужно записать и закон сохранения импульса, и закон сохранения механической энергии с учетом выделяющейся теплоты (предварительно крайне желательно сделать рисунок).

Абсолютно упругий удар

К оглавлению…

Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел. Во многих случаях столкновения атомов, молекул и элементарных частиц подчиняются законам абсолютно упругого удара. При абсолютно упругом ударе наряду с законом сохранения импульса выполняется закон сохранения механической энергии. Простым примером абсолютно упругого столкновения может быть центральный удар двух бильярдных шаров, один из которых до столкновения находился в состоянии покоя.

Центральным ударом шаров называют соударение, при котором скорости шаров до и после удара направлены по линии центров. Таким образом, пользуясь законами сохранения механической энергии и импульса, можно определить скорости шаров после столкновения, если известны их скорости до столкновения. Центральный удар очень редко реализуется на практике, особенно если речь идет о столкновениях атомов или молекул. При нецентральном упругом соударении скорости частиц (шаров) до и после столкновения не направлены по одной прямой.

Частным случаем нецентрального упругого удара может служить соударения двух бильярдных шаров одинаковой массы, один из которых до соударения был неподвижен, а скорость второго была направлена не по линии центров шаров. В этом случае векторы скоростей шаров после упругого соударения всегда направлены перпендикулярно друг к другу.

Законы сохранения. Сложные задачи

К оглавлению…

Несколько тел

В некоторых задачах на закон сохранения энергии тросы с помощью которых перемещаются некие объекты могут иметь массу (т.е. не быть невесомыми, как Вы могли уже привыкнуть). В этом случае работу по перемещению таких тросов (а именно их центров тяжести) также нужно учитывать.

Если два тела, соединённые невесомым стержнем, вращаются в вертикальной плоскости, то:

выбирают нулевой уровень для расчёта потенциальной энергии, например на уровне оси вращения или на уровне самой нижней точки нахождения одного из грузов и обязательно делают чертёж;
записывают закон сохранения механической энергии, в котором в левой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в начальной ситуации, а в правой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в конечной ситуации;
учитывают, что угловые скорости тел одинаковы, тогда линейные скорости тел пропорциональны радиусам вращения;
при необходимости записывают второй закон Ньютона для каждого из тел в отдельности.

Разрыв снаряда

В случае разрыва снаряда выделяется энергия взрывчатых веществ. Чтобы найти эту энергию надо от суммы механических энергий осколков после взрыва отнять механическую энергию снаряда до взрыва. Также будем использовать закон сохранения импульса, записанный, в виде теоремы косинусов (векторный метод) или в виде проекций на выбранные оси.

Столкновения с тяжёлой плитой

Пусть навстречу тяжёлой плите, которая движется со скоростью v, движется лёгкий шарик массой m со скоростью u_н. Так как импульс шарика много меньше импульса плиты, то после удара скорость плиты не изменится, и она будет продолжать движение с той же скоростью и в том же направлении. В результате упругого удара, шарик отлетит от плиты. Здесь важно понять, что не поменяется скорость шарика относительно плиты. В таком случае, для конечной скорости шарика получим:

Таким образом, скорость шарика после удара увеличивается на удвоенную скорость стены. Аналогичное рассуждение для случая, когда до удара шарик и плита двигались в одном направлении, приводит к результату согласно которому скорость шарика уменьшается на удвоенную скорость стены:

Задачи о максимальных и минимальных значениях энергии сталкивающихся шаров

В задачах такого типа главное понять, что потенциальная энергия упругой деформации шаров максимальна, если кинетическая энергия их движения минимальна – это следует из закона сохранения механической энергии. Сумма кинетических энергий шаров минимальна в тот момент, когда скорости шаров будут одинаковы по величине и направлены в одном направлении. В этот момент относительная скорость шаров равна нулю, а деформация и связанная с ней потенциальная энергия максимальна.

В чем измеряется мощность: активная, реактивная, полная

Электрические приборы характеризуются многими параметрами, одной из которых является мощность. Об этом многие слышали, но не каждый может точно объяснить, что это такое, в чем измеряется мощность и как ее определить.

Знание мощности помогает сравнивать однотипные устройства, подбирать необходимый источник питания, прогнозировать расход электроэнергии и некоторое другое. В первую очередь, конечно же, необходимо познакомиться с этим термином.

Что такое мощность электрического тока

Под мощностью электрического тока понимают некоторые изменения, связанные с энергией. Например, передача электроэнергии по проводам. В этом случае определяется мощность линии.

Или это может быть преобразование, так электродвигатель может совершать какую-то механическую работу, телефон преобразует электричество в радиоволны, расходует энергию на работу процессора, экрана и тому подобное. Получается, что под мощностью понимают потребление энергии за определенный промежуток времени.

Но есть и обратный процесс. Так генератор, напротив, вырабатывает электроэнергию, отдавая ее потребителю, обладает какой-то мощностью. Аккумулятор может быть как источником энергии, так и потребителем во время заряда. По своей сущности мощность является скалярной величиной и определяется в точечном отрезке времени.

Скалярная – величина, определяемая только числом, без указания направления движения электрического тока.

Кроме того, сам потребитель может менять свою мощность в зависимости от поставленной задачи. На примере съемочной камеры это легче объяснить.

При работе камеры ток потребления один, если делается фотосъемка, то мощность другая, а если применяется вспышка, то мощность уже третья. И каждый раз можно определить потребление энергии с помощью простой формулы.

Формула расчета мощности, тока и напряжения

Сначала следует определить входящие в формулу единицы измерения мощности или определить, что делает электрическую энергию способной выполнять какие-либо действия?

Электрический заряд, из которого состоит ток, должен перемещаться, только в этом случае возможно его проявление, так как по определению электрический ток – это движение заряженных частиц по замкнутой цепи. Поэтому мощность напрямую зависит от количества перемещенной энергии за точку времени в определенной цепи.

Что заставляет заряды перемещаться? Это создаваемая источником питания разность потенциалов. Измеряется она в Вольтах и называется напряжением. Другое, что еще нужно учесть – количество зарядов, проходящих в этот момент через поперечное сечение проводника. Это называется силой тока и измеряется в Амперах. Вот две составляющие, которые необходимы для упрощенной формулы.

Что нужно сделать с этими составляющими? Чтобы проще было понять, будем считать, что напряжение отвечает за скорость передвижения, а ток за количество заряда. Пусть напряжение будет равно 1 единице, а ток начнется с 2 зарядов. В этом случае за единицу времени будет перемещено 2 заряда.

А если напряжение увеличить до 2 единиц? Тогда и зарядов будет перемещено в два раза больше, поскольку скорость перемещения будет увеличена.

Из этого делаем вывод: чтобы узнать мощность (количество перемещенных зарядов), необходимо напряжение умножить на ток. Подставив условные обозначения, получим формулу мощности: P=UI;

где P – мощность,
U – напряжение,
I – сила тока.

Осталось узнать, в чем измеряется электрическая мощность.

Ватт и другие единицы измерения мощности

Впервые понятие ватт было использовано в 1882 году. До этого мощность измерялась в лошадиных силах. В международную систему этот термин был включен в 1960 году. Для обозначения используют букву W в международной системе и Вт, как русский эквивалент. Понятие мощности используется не только в электротехнике, мощность может быть:

механической;
тепловой;
электромагнитной и так далее.

Если разбираться в чем измеряется мощность тока, то здесь существуют производные от основной единицы. Полный список приводится в таблице.

В быту чаще всего используются Ватты и килоВатты. И здесь может возникнуть путаница. Когда нужно узнать, в чем измеряется мощность, то следует уточнять, о чем идет речь. Дело в том, что есть еще одно измерение – киловатт в час. В чем разница между килоВатт и килоВатт в час?

Первое понятие указывает на мощность прибора, то есть способность прибора преобразовывать электрическую энергию во что-то другое. Например, лампочка мощностью 1 кВт способна за один час потребить энергию равную мощности в 1 кВт.

Лампочка мощностью 100 Вт за 10 часов потребит такую же энергию. А счетчик, который контролирует потребление энергии, за один час учитывает потребление всей энергии, проходящей через него. За этот же час может быть расходовано несколько килоВатт.

Получается, что мощность прибора не зависит от времени работы, а вот потребляемая мощность, напротив, напрямую связана со временем. Поскольку речь пошла о переменном токе, то следует также отметить, что и здесь не все так просто.

В чем измеряется активная, реактивная и полная мощность

Когда речь идет о постоянном токе, тогда приведенная выше формула применима к вычислению. Она также может быть использована для измерения мгновенного значения мощности в переменном токе, но что касается определения мощности в длительном временно́м значении, то здесь эта формула неприменима. Дело в том, что в переменном токе существует несколько определяемых мощностей:

активная;
реактивная;
полная.

Сразу отметим, что полная мощность включает в себя активную и реактивную мощности. Что представляют собой эти составляющие и в чем измеряется мощность каждой из них?

Реактивная мощность, если не вдаваться в сложности, состоит из мощности нагрузки, в цепи которой включены индуктивности и (или) емкости.

Индуктивностью называются катушки, с сердечником или без. Например, трансформатор, двигатель, дроссель. Под емкостью подразумевают конденсаторы.

Она определяется по формуле Q=U·I·sinφ. Единицей измерения служит ВАр (Вольт-Ампер реактивный) или var. Новая составляющая sinφ определяет сдвиг фазы в градусах или радианах. Что это значит?

При прохождении переменного тока через индуктивность ток начинает опаздывать от меняющегося напряжения. Связано это с электромагнитным полем, возникающим при прохождении через проводник тока. Это поле мешает менять направление. Такой сдвиг называют положительным.

Емкость, напротив, действует в обратном направлении. Конденсатор стремится сравнять разность потенциалов на своих обкладках. Поэтому ток опережает напряжение. Такой сдвиг называют отрицательным.

Активная мощность определяется по формуле P=U·I·cosφ. В цепи с активной нагрузкой емкостные и индуктивные составляющие выражены очень слабо. Измеряется в Ваттах (Вт).

Полная мощность определяется суммой активной и реактивной мощности для вектора. Измеряется в Вольт Амперах для СИ, в России используется ВА (Вольт-Ампер).

Мощность бытовых электрических приборов

Мощность служит основной характеристикой прибора, поэтому она указывается на каждом выпускаемой промышленностью электроприборе. Как варьирует эта мощность можно увидеть из таблицы.

Знание, в чем измеряется мощность прибора и что она характеризует, помогает согласовать нагрузку с источником тока, а это, в свою очередь, обеспечивает надежную работу всей системы.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

Единицы измерения мощности

Программа КИП и А

Мощность — физическая величина, равная скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. Также мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Международная система единиц (СИ)

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт [Вт],[W], равный одному джоулю [Дж],[J], делённому на секунду.
1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль. Таким образом, ватт является производной единицей измерения и связан с другими единицами СИ следующими соотношениями:

Вт = Дж / с = кг·м²/с
Вт = H·м/с
Вт = В·А
1 Мегаватт [МВт] = 1000 кВт
1 Киловатт [кВт] = 1000 Вт
1 Вольт-ампер [В·А] = 1 Вт

Внесистемные единицы

1 Гигакалория в секунду [Гкал/с], [Gcal/s] = 4186.8 МВт
1 Килокалория в секунду [ккал/с], [kcal/s] = 4186.8 Вт
1 Калория в секунду [кал/с], [cal/s] = 4.1868 Вт
1 Гигакалория в час [Гкал/ч], [Gcal/h] = 1.163 МВт
1 Килокалория в час [ккал/ч], [kcal/h] = 1.163 Вт
1 Калория в час [кал/ч], [cal/h] = 0.001163 Вт
1 Котловая лошадинная сила [hp(S)] = 9809.5 Вт
1 Электрическая лошадиная сила [hp(E)] = 746 Вт
1 Гидравлическая лошадиная сила [hp(H)] = 745.7 Вт
1 Механическая лошадиная сила [hp(I)] = 745.69987158227022 Вт
1 Метрическая лошадиная сила [hp(M)] = 735.49875 Вт
1 Килограмм·м/с [кг·м/с] = 9.80665 Вт
1 Джоуль в секунду [Дж·с]= 1 Вт
1 Джоуль в час [Дж·ч] = 0.0002777777777777 Вт
1 Эрг в секунду [эрг·с] = 0.0000001 Вт
1 Метрическая тонна охлаждения [RT] = 3861.15995 Вт

США и Британия

1 Американская тонна охлаждения [USRT] = 3.51686666 кВт
1 Британская термальная единица в секунду [BTU/s] = 1055.06 Вт
1 Британская термальная единица в минуту [BTU/m] = 17.584333 Вт
1 Британская термальная единица в час [BTU/h] = 0.293072224 Вт
1 Фунт на фут в секунду [ft·lbf/s] = 1.35581795 Вт

Механическая работа и мощность

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы. Другими словами, работа — мера воздействия силы.

Определение механической работы

Определение 1

Работа А, совершаемая постоянной силой F→, — это физическая скалярная величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла α между векторами силы F→ и перемещением s→.

Данное определение рассматривается на рисунке 1.

Формула работы записывается как,

A=Fs cos α.

Работа – это скалярная величина. Единица измерения работы по системе СИ — Джоуль (Дж).

Джоуль равняется работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещение 1 м по направлению действия силы.

Рисунок 1. Работа силы F→: A=Fs cos α=Fss

При проекции Fs→ силы F→ на направление перемещения s→ сила не остается постоянной, а вычисление работы для малых перемещений Δsiсуммируется и производится по формуле:

A=∑∆Ai=∑Fsi∆si.

Данная сумма работы вычисляется из предела (Δsi→0), после чего переходит в интеграл.

Графическое изображение работы определяют из площади криволинейной фигуры, располагаемой под графиком Fs(x)рисунка 2.

Рисунок 2. Графическое определение работы ΔAi=FsiΔsi.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Примером силы, зависящей от координаты, считается сила упругости пружины, которая подчиняется закону Гука. Чтобы произвести растяжение пружины, необходимо приложить силу F→, модуль которой пропорционален удлинению пружины. Это видно на рисунке 3.

Рисунок 3. Растянутая пружина. Направление внешней силы F→ совпадает с направлением перемещения s→. Fs=kx, где k обозначает жесткость пружины.

F→упр=-F→

Зависимость модуля внешней силы от координат x можно изобразить на графике с помощью прямой линии.

Рисунок 4. Зависимость модуля внешней силы от координаты при растяжении пружины.

Из выше указанного рисунка возможно нахождение работы над внешней силой правого свободного конца пружины, задействовав площадь треугольника. Формула примет вид

A=kx22.

Данная формула применима для выражения работы, совершаемой внешней силой при сжатии пружины. Оба случая показывают, что сила упругости F→упр равняется работе внешней силы F→, но с противоположным знаком.

Определение 2

Если на тело действует несколько сил, то их общая работа равняется сумме всех работ, совершаемых над телом. Когда тело движется поступательно, точки приложения сил перемещаются одинаково, то есть общая работа всех сил будет равна работе равнодействующей приложенных сил.

Мощность

Определение 3

Мощностью называют работу силы, совершаемую в единицу времени.

Запись физической величины мощности, обозначаемой N, принимает вид отношения работы А к промежутку времени t совершаемой работы, то есть:

N=At.

Определение 4

Система СИ использует в качестве единицы мощности ватт (Вт). 1 Ватт — это мощность, которую совершает работу в 1 Дж за время 1 с.

Помимо Ватта, существуют и внесистемные единицы измерения мощности. Например, 1 лошадиная сила примерна равна 745 Ваттам.

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 / время

или

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 четырехкратной мощностью в лошадиных силах 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 возможностей 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 воздействует 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 мощности

Выражение 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. Во время 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 расположен 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.

Мощность | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Рассчитайте мощность, рассчитав изменения энергии во времени.
Изучите потребление энергии и расчеты стоимости потребляемой энергии.

Что такое мощность?

Рис. 1. Эта мощная ракета космического корабля «Индевор» действительно работала и потребляла энергию с очень высокой скоростью. (кредит: НАСА)

Сила — это слово вызывает в воображении множество образов: профессиональный футболист, отталкивающий своего противника, драгстер, ревущий от стартовой линии, вулкан, выбрасывающий лаву в атмосферу, или взрывающаяся ракета, как на рисунке 1.

Эти образы силы объединяет быстрое выполнение работы, что соответствует научному определению мощности ( P ) как скорости выполнения работы.

Мощность

Мощность — это скорость выполнения работы.

[латекс] \ displaystyle {P} = \ frac {W} {t} \\ [/ latex]

Единица измерения мощности в системе СИ — ватт (Вт), где 1 ватт равен 1 джоуль в секунду (1 Вт = 1 Дж / с).

Поскольку работа — это передача энергии, мощность — это также скорость, с которой энергия расходуется.Например, лампочка мощностью 60 Вт потребляет 60 Дж энергии в секунду. Большая мощность означает большой объем работы или энергии, выработанный за короткое время. Например, когда мощный автомобиль быстро разгоняется, он выполняет большой объем работы и потребляет большое количество топлива за короткое время.

Расчет мощности по энергии

Пример 1. Расчет мощности для подъема по лестнице

Какова выходная мощность для женщины весом 60,0 кг, которая преодолевает лестничный марш высотой 3,00 м за 3,50 с, начиная с состояния покоя, но имея конечную скорость 2?00 м / с? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Когда эта женщина бежит наверх, начиная с отдыха, она превращает химическую энергию, исходную из пищи, в кинетическую энергию и гравитационную потенциальную энергию. 2 + mgh \\ [/ latex], где h — высота лестницы по вертикали.2 \ right) \ left (3.00 \ text {m} \ right)} {3.50 \ text {s}} \\\ text {} & = & \ frac {120 \ text {J} +1764 \ text {J} } {3.50 \ text {s}} \\\ text {} & = & 538 \ text {W} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Женщина выполняет 1764 Дж работы, чтобы подняться по лестнице, по сравнению со всего лишь 120 Дж, чтобы увеличить свою кинетическую энергию; таким образом, большая часть ее мощности требуется для подъема, а не для ускорения.

Впечатляет, что полезная выходная мощность этой женщины чуть меньше 1 лошадиных сил (1 л.с. = 746 Вт)! Люди могут генерировать более лошадиные силы с помощью мышц ног в течение коротких периодов времени, быстро превращая доступный в крови сахар и кислород в объем работы.(Лошадь может выдавать 1 л.с. в течение нескольких часов подряд.) Как только кислород истощается, выходная мощность снижается, и человек начинает быстро дышать, чтобы получить кислород для метаболизма большего количества пищи — это известно как этап аэробных упражнений . Если бы женщина поднималась по лестнице медленно, то ее выходная мощность была бы намного меньше, хотя объем выполняемой работы был бы таким же.

Установление соединений: домашнее расследование — измерьте номинальную мощность

Определите собственную номинальную мощность, измерив время, необходимое вам, чтобы подняться по лестнице.Мы проигнорируем выигрыш в кинетической энергии, так как приведенный выше пример показал, что это была небольшая часть выигрыша в энергии. Не ожидайте, что ваша мощность будет больше 0,5 л.с.

Примеры мощности

Рис. 3. Огромное количество электроэнергии вырабатывается угольными электростанциями, такими как эта в Китае, но еще большее количество энергии идет на передачу тепла в окружающую среду. Большие градирни здесь необходимы для быстрой передачи тепла по мере его производства.Передача тепла характерна не только для угольных электростанций, но является неизбежным следствием выработки электроэнергии из любого топлива — ядерного, угля, нефти, природного газа и т.п. (Источник: Kleinolive, Wikimedia Commons)

Примеры силы ограничены только воображением, потому что видов столько же, сколько форм работы и энергии. (См. Некоторые примеры в таблице 1.) Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, несет максимальную мощность около 1,3 киловатт на квадратный метр (кВт / м ²).Крошечная часть этого сохраняется на Земле в течение длительного времени. Наш уровень потребления ископаемого топлива намного превышает скорость его хранения, поэтому они неизбежно будут исчерпаны. Сила подразумевает, что энергия передается, возможно, меняя форму. Невозможно полностью преобразовать одну форму в другую, не потеряв часть ее в виде тепловой энергии. Например, лампа накаливания мощностью 60 Вт преобразует в свет всего 5 Вт электроэнергии, а 55 Вт рассеивается в тепловую энергию.

Кроме того, обычная электростанция преобразует только 35-40% топлива в электроэнергию. Остаток превращается в огромное количество тепловой энергии, которая должна быть распределена в виде теплопередачи так же быстро, как и возникнет. Электростанция, работающая на угле, может производить 1000 мегаватт; 1 мегаватт (МВт) — это 10 ⁶ Вт электроэнергии. Но электростанция потребляет химическую энергию в размере около 2500 МВт, создавая передачу тепла в окружающую среду в размере 1500 МВт. (См. Рисунок 3.)

Таблица 1. Выходная или потребляемая мощность
Объект или явление	Мощность в ваттах
Сверхновая (в пике)	5 × 10 ³⁷
Галактика Млечный Путь	10 ³⁷
Крабовидная туманность пульсар	10 ²⁸
Солнце	4 × 10 ²⁶
Извержение вулкана (максимальное)	4 × 10 ¹⁵
Молния	2 × 10 ¹²
Атомная электростанция (полная передача электроэнергии и тепла)	3 × 10 ⁹
Авианосец (полезная и теплопроводная)	10 ⁸
Драгстер (общая полезная и теплопередающая)	2 × 10 ⁶
Автомобиль (общая полезная и теплоотдача)	8 × 10 ⁴
Футболист (полезная и теплоотдача суммарная)	5 × 10 ³
Сушилка для белья	4 × 10 ³
Человек в состоянии покоя (вся теплопередача)	100
Обычная лампа накаливания (общая полезная и теплопередающая)	60
Сердце, человек в состоянии покоя (общая полезная и теплоотдача)	8
Часы электрические	3
Карманный калькулятор	10 ⁻³

Мощность и энергопотребление

Обычно нам приходится платить за энергию, которую мы используем.Стоимость энергии для электроприбора интересно и легко оценить, если известны его потребляемая мощность и затраченное время. Чем выше уровень энергопотребления и чем дольше прибор используется, тем выше его стоимость. Уровень потребляемой мощности [латекс] P = \ frac {W} {t} = \ frac {E} {t} \\ [/ latex], где E — энергия, поставляемая электроэнергетической компанией. Таким образом, энергия, потребляемая за время т , составляет

E = балла

В счетах за электроэнергию указано количество использованной энергии в единицах киловатт-часов (кВт⋅ч) , , которое является произведением мощности в киловаттах и времени в часах. Этот блок удобен тем, что потребление электроэнергии на уровне киловатт в течение нескольких часов является типичным.

Пример 2. Расчет затрат на электроэнергию

Какова стоимость эксплуатации компьютера мощностью 0,200 кВт, 6 часов в день в течение 30 дней, если стоимость электроэнергии составляет 0,120 доллара США за кВт⋅ч?

Стратегия

Стоимость основана на потребленной энергии; таким образом, мы должны найти E из E = Pt , а затем рассчитать стоимость.Поскольку электрическая энергия выражается в кВт⋅ч, в начале такой задачи удобно преобразовать единицы в кВт и часы.

Решение

Энергия, потребляемая в кВт⋅ч, составляет

[латекс] \ begin {array} {lll} E & = & Pt = (0.200 \ text {kW}) (6.00 \ text {h / d}) (30.0 \ text {d}) \\\ text {} & = & 36.0 \ text {кВт} \ cdot \ text {h} \ end {array} \\ [/ latex]

, а стоимость просто равна

. Стоимость

= (36,0 кВт⋅ч) (0,120 доллара США за кВт⋅ч) = 4,32 доллара США в месяц.

Обсуждение

Стоимость использования компьютера в этом примере не является ни чрезмерной, ни незначительной. Понятно, что стоимость — это сочетание силы и времени. Когда и то и другое высокое, например, кондиционер летом, стоимость высока.

Мотивация к экономии энергии стала более убедительной из-за ее постоянно растущей цены. Вооружившись знанием того, что потребляемая энергия является продуктом мощности и времени, вы можете оценить затраты для себя и сделать необходимые оценочные суждения о том, где экономить энергию.Нужно уменьшить либо мощность, либо время. Наиболее рентабельно ограничить использование мощных устройств, которые обычно работают в течение длительного времени, например водонагревателей и кондиционеров. Сюда не входят устройства с относительно высокой мощностью, такие как тостеры, потому что они работают всего несколько минут в день. Он также не будет включать электрические часы, несмотря на то, что они используются круглосуточно, потому что они являются устройствами с очень низким энергопотреблением. Иногда для выполнения той же задачи можно использовать устройства с большей эффективностью, то есть устройства, потребляющие меньше энергии.Одним из примеров является компактная люминесцентная лампа, которая дает в четыре раза больше света на ватт потребляемой мощности, чем ее собрат с лампами накаливания.

Современная цивилизация зависит от энергии, но нынешние уровни потребления и производства энергии не являются устойчивыми. Вероятность связи между глобальным потеплением и использованием ископаемого топлива (с сопутствующим производством углекислого газа) сделала сокращение использования энергии, а также переход на неископаемые виды топлива чрезвычайно важными. Несмотря на то, что энергия в изолированной системе является сохраняемой величиной, конечным результатом большинства преобразований энергии является перенос тепла в окружающую среду, которое больше не используется для выполнения работы.Как мы обсудим более подробно в Термодинамике, способность энергии производить полезную работу «деградировала» при преобразовании энергии.

Сводка раздела

Мощность — это скорость выполнения работы или в форме уравнения для средней мощности P для работы Вт , выполненной за время t , [латекс] P = \ frac {W} {t} \\ [/ латекс]
В системе СИ для измерения мощности используется ватт (Вт), где [латекс] 1 \ text {W} = 1 \ frac {\ text {J}} {\ text {s}} \\ [/ latex].
Мощность многих устройств, например электродвигателей, также часто выражается в лошадиных силах (л.с.), где 1 л.с. = 746 Вт.

Концептуальные вопросы

Большинство электроприборов имеют мощность в ваттах. Зависит ли этот рейтинг от того, как долго прибор включен? (В выключенном состоянии это устройство с нулевой ваттностью.) Объясните в терминах определения мощности.
Объясните в терминах определения мощности, почему потребление энергии иногда указывается в киловатт-часах, а не в джоулях.Какая связь между этими двумя энергетическими единицами?
Искра статического электричества, которую вы можете получить от дверной ручки в холодный сухой день, может передавать несколько сотен ватт мощности. Объясните, почему вы не пострадали от такой искры.

Задачи и упражнения

Пульсар в Крабовидной туманности (см. Рис. 4) — это остаток сверхновой, которая произошла в 1054 году нашей эры. Используя данные из таблицы 1, вычислите приблизительный коэффициент, на который мощность этого астрономического объекта снизилась после его взрыва.
Рис. 4. Крабовидная туманность (предоставлено ESO, через Wikimedia Commons)
Предположим, что звезда в 1000 раз ярче нашего Солнца (то есть излучающая в 1000 раз большую мощность) внезапно становится сверхновой. Используя данные из Таблицы 1: (a) Во сколько раз увеличивается его выходная мощность? (б) Во сколько раз ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, сверхновая? (c) Основываясь на ваших ответах, обсудите, возможно ли наблюдать сверхновые в далеких галактиках. Обратите внимание, что существует порядка 10 ¹¹ наблюдаемых галактик, средняя яркость которых несколько меньше нашей собственной галактики.
Человек в хорошем физическом состоянии может выдавать 100 Вт полезной мощности в течение нескольких часов подряд, возможно, задействуя механизм, приводящий в действие электрогенератор. Пренебрегая любыми проблемами эффективности генератора и практическими соображениями, такими как время отдыха: (а) Сколько человек потребуется, чтобы запустить электрическую сушилку для белья мощностью 4,00 кВт? (б) Сколько людей потребуется, чтобы заменить большую электростанцию, вырабатывающую 800 МВт?
Сколько стоит эксплуатация 3.Электрические часы 00-Вт на год при стоимости электроэнергии 0,0900 $ за кВт · ч?
Большой бытовой кондиционер может потреблять 15,0 кВт электроэнергии. Какова стоимость эксплуатации этого кондиционера 3,00 часа в день в течение 30,0 дней, если стоимость электроэнергии составляет 0,110 доллара США за кВт · ч?
(a) Какова средняя потребляемая мощность в ваттах прибора, потребляющего 5,00 кВт · ч энергии в день? (б) Сколько джоулей энергии устройство потребляет в год?
(a) Какова средняя полезная выходная мощность человека, который делает 6.00 × 10 ⁶ Дж полезной работы за 8.00 ч? (b) Работая с такой скоростью, сколько времени потребуется этому человеку, чтобы поднять 2000 кг кирпичей 1,50 м на платформу? (Работу по подъему тела можно не выполнять, потому что здесь она не считается полезным результатом.)
Драгстер весом 500 кг разгоняется до конечной скорости 110 м / с за 400 м (около четверти мили) и сталкивается со средней силой трения 1200 Н. Какова его средняя выходная мощность в ваттах и лошадиных силах, если это занимает 7,30 с?
а) Сколько времени займет автомобиль весом 850 кг с полезной мощностью 40?0 л.с. (1 л.с. = 746 Вт) для достижения скорости 15,0 м / с без учета трения? (b) Сколько времени займет это ускорение, если при этом автомобиль также преодолеет холм высотой 3,00 м?
(a) Найдите полезную выходную мощность двигателя лифта, который поднимает груз массой 2500 кг на высоту 35,0 м за 12,0 с, если он также увеличивает скорость в состоянии покоя до 4,00 м / с. Обратите внимание, что общая масса уравновешенной системы составляет 10 000 кг, так что только 2500 кг поднимается в высоту, но все 10 000 кг ускоряются. (б) Сколько это стоит, если электричество стоит 0 долларов.0900 за кВт · ч?
(a) Каково доступное энергосодержание в джоулях батареи, которая работает с электрическими часами мощностью 2,00 Вт в течение 18 месяцев? (b) Как долго батарея, которая может обеспечивать 8,00 × 10 ⁴ Дж, может работать с карманным калькулятором, потребляющим энергию со скоростью 1,00 × 10 ⁻³ Вт?
(a) Сколько времени потребуется самолету массой 1,50 × 10 ⁵ кг с двигателями мощностью 100 МВт, чтобы достичь скорости 250 м / с и высоты 12,0 км, если сопротивление воздуха будет незначительным? (б) Если это действительно занимает 900 с, какова мощность? (c) Учитывая эту мощность, какова средняя сила сопротивления воздуха, если самолет занимает 1200 с? (Подсказка: вы должны найти расстояние, которое самолет преодолеет за 1200 с при постоянном ускорении.)
Рассчитайте выходную мощность, необходимую для 950-килограммового автомобиля, чтобы преодолеть уклон 2,00 ° с постоянной скоростью 30,0 м / с, столкнувшись с сопротивлением ветра и трением в сумме 600 Н. Ясно покажите, как вы выполняете шаги, указанные в Стратегиях решения проблем в области энергетики .
(a) Вычислите мощность на квадратный метр, приходящуюся от Солнца в верхние слои атмосферы Земли. (Возьмем выходную мощность Солнца равной 4,00 × 10 ²⁶ Вт.) [/ Latex] (b) Часть этой мощности поглощается и отражается атмосферой, так что максимум 1.30 кВт / м ² достигает поверхности Земли. Вычислите площадь в км ² коллекторов солнечной энергии, необходимых для замены электростанции, вырабатывающей 750 МВт, если коллекторы преобразуют в электричество в среднем 2,00% максимальной мощности. (Эта небольшая эффективность преобразования связана с самими устройствами и тем фактом, что солнце находится прямо над головой лишь на короткое время.) При тех же предположениях, какая площадь потребуется для удовлетворения энергетических потребностей Соединенных Штатов (1,05 × 10 ²⁰ J)? Энергетические потребности Австралии (5.4 × 10 ¹⁸ Дж)? Энергетические потребности Китая (6,3 × 10 ¹⁹ Дж)? (Эти значения энергопотребления взяты с 2006 г.)

Глоссарий

мощность: скорость выполнения работы

ватт: (Вт) единица мощности СИ, с [латексом] 1 \ text {W} = \ frac {\ text {J}} {\ text {s}} \\ [/ latex]

лошадиных сил: более старая несистемная единица мощности, с 1 л.с. = 746 Вт

киловатт-час: установка кВт · час, используемая в основном для выработки электроэнергии, предоставляемой электроэнергетическими компаниями

Избранные решения проблем и упражнения

1.2 × 10 ⁻¹⁰

3. (а) 40; (б) 8 миллионов

5. 149 долларов США

7. (а) 208 Вт; (б) 141 с

9. (а) 3,20 с; (б) 4,04 с

11. (а) 9,46 × 10 ⁷ Дж; (б) 2,54 л

13. Определить известные: м = 950 кг, угол наклона θ = 2,00º, v = 3,00 м / с, f = 600 Н

Определить неизвестные: мощность P автомобиля, сила F , эта машина относится к дороге

Решение для неизвестных: [латекс] P = \ frac {W} {t} = \ frac {Fd} {t} = F \ left (\ frac {d} {t} \ right) = Fv \\ [/ latex ], Где F параллельно уклону и должно противодействовать силам сопротивления и силе тяжести: [латекс] F = f + w = 600 \ text {N} + mg \ sin \ theta \\ [/ latex] .4 \ text {W} \ end {array} \\ [/ latex]

Около 28 кВт (или около 37 л.с.) приемлемо для автомобиля, чтобы преодолевать небольшой уклон.

Что такое единица измерения мощности?

Обновлено 15 декабря 2020 г.

Крис Дезиел

Физики используют повседневные слова, казалось бы, странным и очень специфическим образом. Для физика работа ( W ) — это не то, чем вы занимаетесь с девяти до пяти по будням. Это произведение силы ( F ), приложенной к объекту, на расстояние ( d ), на которое объект перемещается в результате этой силы.

W = Fd

Если объект не двигается, значит, никаких работ не было. Попробуйте объяснить это мужчине, который пытается вытолкнуть вашу машину из канавы, но ему не удается заставить ее двигаться.

Физики также используют слово «мощность» ( P ) определенным образом. Для них сила — это не то, что вы получаете, плотно позавтракав. Это время ( t ), необходимое для выполнения определенного объема работы. Уравнение мощности:

P = \ frac {W} {t}

Другими словами, мощность — это скорость выполнения работы.Это также скорость передачи тепла и электроэнергии. При изучении электричества формула мощности выглядит так:

P = VI

, где В, — напряжение в цепи, а I — ток, протекающий по этой цепи.

Знание того, что слово «мощность» означает для физиков, поможет вам понять единицы мощности. В системе СИ (метрическая) единицами измерения являются ватты. При измерении в имперской системе единицы измерения — фут-фунты в секунду или лошадиные силы.Одна лошадиная сила равна 550 фут-фунтам в секунду.

Ватты — единицы мощности в системе СИ

Система СИ (международная система), также известная как метрическая система, имеет всего семь базовых единиц. Все остальные единицы являются производными от них. В системе СИ длина измеряется в метрах, масса — в килограммах, а время — в секундах. Сила равна массе, умноженной на ускорение (из второго закона Ньютона), поэтому единицы измерения — кг-м / с ². Это означает, что единицы работы — кг-м ² / с ².3

Что такое мощность в лошадиных силах?

Если вам нравятся автомобили, вы знаете, что номинальная мощность автомобильных двигателей всегда указывается в лошадиных силах. Это означает, что лошадиные силы — это тоже единица мощности, но откуда она взялась и почему до сих пор используется?

Оказывается, никто иной, как Джеймс Ватт, не является человеком, ответственным за эту единицу силы. Чтобы продать свои паровые машины, он должен был оценить объем работы, которую они могли выполнить за определенное время. Он создал единицу, основанную на том, сколько работы может сделать одна пони в яме.В то время было хорошо известно, что одна пони может поднять 220 фунтов угля вверх по 100-футовой шахте за одну минуту. Это равняется 22 000 фут-фунт / мин. Затем он ошибочно предположил, что обычная лошадь может выполнять на 50% больше работы, и произвольно определил мощность как 33000 фут-фунт / мин, что равно 550 фут-фунт / с. В единицах СИ это 745,7 Вт.

В качестве единицы мощности лошадиные силы обычно резервируются для двигателей и — иногда — охлаждающей способности кондиционера. Почему мы до сих пор его используем? Вероятно, по той же причине, по которой люди в некоторых странах, включая США, до сих пор используют имперскую систему измерения: привычка.

Power — Energy Education

Мощность — это скорость преобразования или передачи энергии. Проведем аналогию: если энергия подобна деньгам, мощность — это заработная плата или оклад (например, 18 долларов в час или 50 000 долларов в год) или норма использования (например, 20 долларов в час на аренду каноэ или 1500 долларов в месяц на аренду) .

Мощность может быть выражена множеством различных единиц, каждая из которых может быть выражена как единица энергии, деленная на единицу времени. Наиболее распространенной единицей измерения является ватт (Вт), определяемый как 1 джоуль (Дж) энергии в секунду.Таким образом, лампочка мощностью 40 Вт потребляет 40 Дж электроэнергии каждую секунду, чтобы оставаться включенным. ^[1] Средняя выходная мощность человеческого тела при умеренных физических нагрузках составляет около 100 Вт. ^[2]

Для большинства двигателей и силовых установок существуют две разные мощности. Скорость, с которой энергия поступает в систему из топлива, называется тепловой мощностью. Величина мощности, которую вырабатывает двигатель, и есть механическая мощность. Для электростанции такой выходной мощностью является электроэнергия, поэтому она измеряется в мегаваттах электроэнергии (МВт), в отличие от входной мощности, которая измеряется в тепловых мегаваттах (МВт).

Энергия и мощность

Взаимосвязь между мощностью, энергией и временем может быть описана следующим уравнением ^[1]:

[математика] P = \ frac {\ Delta E_ {sys}} {\ Delta t} [/ math]

P — средняя выходная мощность, измеренная в ваттах (Вт)
ΔE _sys — чистое изменение энергии системы в джоулях (Дж), также известное как работа.
Δt — это продолжительность — сколько времени занимает потребление энергии — измеряется в секундах (с)

Поскольку мощность — это скорость использования энергии (энергия, деленная на интервал времени), Умножение единицы мощности на единицу времени даст количество энергии.Один из таких примеров — киловатт-часы (кВтч) в единицах энергии. Киловатт равен 1000 Вт, поэтому 1 кВт · ч представляет собой количество передачи энергии, которое происходит в течение одного часа при выходной мощности в 1000 Вт (т. Е. Джоулей в секунду). Таким образом, 1 кВтч равен 3 600 000 джоулей передачи энергии (работы).

Больше мощности позволяет выполнить задачу с заданной потребностью в энергии за более короткое время. Например, подняв блок весом 15 кг на 2 метра в воздух. Эта задача требует около 300 Дж потребляемой энергии (работы).Система двигателя и шкива с выходной мощностью 5 Вт может выполнить эту задачу за одну минуту. Однако более мощный мотор мощностью 100 Вт мог поднять коробку на ту же высоту всего за три секунды! Но в итоге оба мотора проделали одинаковую работу (передачу энергии) при подъеме коробки.

Выходная мощность	раз	Полная передача энергии
5 Вт	60 с	300 Дж
100 Вт	3 с	300 Дж

Преобразование блока питания

Пожалуйста, смотрите ниже, чтобы преобразовать различные единицы мощности:

Для дальнейшего чтения

Список литературы

↑ ^1.0 ^1,1 Р. Д. Найт, «Работа», в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 2-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, стр. 325–327.
↑ Р. Вольфсон, «Общество высоких энергий», в Энергия, окружающая среда и климат, 2-е изд. Нью-Йорк, США: Norton, 2012, стр. 20–21.

Статистический анализ мощности — Статистические решения

Анализ мощности имеет прямое отношение к проверке гипотез.При проверке гипотез исследователь может допустить два типа ошибок: ошибку I типа и ошибку II типа. Статистическая власть в основном имеет дело с ошибками типа II.

Исследователю следует отметить, что чем больше размер выборки, тем легче исследователю достичь уровня значимости 0,05. Однако, если образец слишком мал, исследователь может совершить ошибку типа II из-за недостаточной мощности.

Анализ мощности обычно проводится перед сбором данных.Основная цель, лежащая в основе анализа мощности, — помочь исследователю определить наименьший размер выборки, который подходит для обнаружения эффекта данного теста на желаемом уровне значимости. Причина применения анализа мощности заключается в том, что в идеале исследователь желает иметь меньшую выборку, потому что большие образцы часто дороже, чем образцы меньшего размера. Меньшие образцы также оптимизируют тестирование значимости.

Факторы, влияющие на мощность

Есть определенные факторы, которые влияют на мощность при анализе мощности:

Требуемый уровень мощности в значительной степени влияет на мощность при анализе.Желаемый уровень мощности обычно равен 0,80, но исследователь, выполняющий анализ мощности, может указать более высокий уровень, например 0,90, что означает, что с 90% вероятностью исследователь не совершит ошибку типа II.

Одним из строгих факторов при анализе мощности является желаемый уровень значимости. Предположим, исследователь указывает 0,001 как уровень значимости. В этом случае мощность анализа мощности будет уменьшена. Таким образом, альфа-уровень 0,001 применим только в тех ситуациях, в которых исследователь в основном заинтересован в том, чтобы избежать ошибки I типа.

Еще одним фактором, влияющим на мощность анализа, является сила ассоциации или сила взаимосвязи между двумя переменными. Чем больше сила ассоциации, тем больше мощность анализа мощности. Это означает, что более сильная ассоциация приводит к большему значению силы в анализе мощности.

Фактор, называемый чувствительностью, влияет на мощность при анализе мощности. Термин чувствительность относится к количеству истинных положительных результатов из общего числа истинно положительных и ложно отрицательных.Другими словами, этот эффект анализа мощности распознает действительно скорректированные данные. Это означает, что высокочувствительные данные дадут данные с более высоким значением мощности в анализе мощности, а это означает, что исследователь с меньшей вероятностью совершит ошибку типа II из этих данных.

Вариация зависимой переменной также влияет на мощность. Чем больше вариация зависимой переменной, тем выше вероятность совершения исследователем ошибок типа II. Это означает, что значение мощности будет ниже при анализе мощности.

Что такое анализ мощности и измерения мощности

В этой статье мы рассмотрим, что такое анализ мощности и какие инструменты используются для его выполнения. В этой статье вы:

См. , что такое электрическая мощность на самом деле
Узнайте , зачем нам нужен анализ мощности и как он рассчитывается
Изучите , как выполняется анализ мощности и что такое анализатор мощности.

Готовы начать? Пошли!

Что такое анализ мощности?

Power — это показатель выполнения работы, т.е.е. количество энергии, потребляемой в единицу времени. Мощность электрической системы — это умножение напряжения на ток, интегрированное и затем разделенное на периодическое время. Периодическое время (равное частоте) должно быть известно, чтобы рассчитать мощность электрической системы. «Анализ мощности» — это просто метод проверки и изучения мощности, обычно с использованием анализатора мощности.

Что такое анализатор мощности?

Анализатор мощности — это прибор, который измеряет и количественно определяет скорость потока мощности в электрических системах.Поток мощности выражается в Джоулях в секунду (Дж / с) или киловатт-часах (кВт / ч). Электрическая мощность — это скорость передачи электрической энергии в электрической системе между двумя точками в единицу времени.

Анализатор мощности SIRIUS XHS с 4-мя высоковольтными и 3-мя низковольтными усилителями для подключения датчика тока

Что такое электрическая мощность

Вы можете посмотреть на электрическую цепь, но вы не можете увидеть, присутствует ли напряжение или течет ли ток.Вы не должны протягивать руку, чтобы узнать, потому что это чрезвычайно опасно и, возможно, даже смертельно. Поэтому мы должны использовать правильный инструмент для измерения электричества.

Итак, как мы можем визуализировать электричество, движущееся по цепи? Что ж, мы можем видеть движение воды, поэтому давайте воспользуемся этим в качестве аналогии, чтобы объяснить, как работают электрические цепи. Хорошо известно, что если вода должна вытекать из трубы, вода должна иметь силу или «давление», толкающее ее, будь то сила тяжести или механический насос.

Электрическая схема в сравнении с водяным насосом

По нашей аналогии:

Напряжение — это давление, при котором вода проходит через трубу. Чем выше давление, тем быстрее будет течь вода. Измеряется в вольтах (В).
Ток — это доступный объем воды, в который может втекать вода. Чем больше объем, тем больше воды может течь. Это измеряется в амперах (A).
Сопротивление — это уменьшение объема внутри трубы, которое ограничивает поток воды.Измеряется в омах (R или Ω).

Если ток движется только в одном направлении, это очень похоже на воду, текущую по трубе или шлангу. В нашей аналогии это постоянный ток (постоянный ток). Однако, если ток движется вперед и назад, то он аналогичен переменному току.

Электропитание переменного тока — это то, что мы используем для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, например, от электростанции до наших домов и предприятий.

Питание постоянного тока используется для современной электроники, а также для батарей.

Офисный компьютер, на котором вы, возможно, читаете это, например, подключается к источнику переменного тока, но внутри него есть типовой трансформатор, известный как импульсный источник питания (SMPS), который преобразует переменный ток в постоянный ток и преобразует постоянное напряжение в желаемый уровень. Если вы используете ноутбук, SMPS, скорее всего, находится во внешнем «кирпичике», который соединяет розетку переменного тока на стене и систему питания постоянного тока внутри ноутбука. Если вы читаете это на телефоне или планшете, это также устройство постоянного тока, которое использует внешний SMPS для зарядки своей внутренней батареи.

Количественная оценка электроэнергии

В физике электроэнергия — это скорость выполнения работы. Это эквивалентно количеству энергии, потребляемой в единицу времени. Единица измерения мощности — джоуль в секунду (Дж / с), также известный как ватт (Вт).

Что такое электрическая мощность

Электрическая мощность — это скорость передачи электрической энергии в электрической системе между двумя точками в единицу времени. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена.Его можно просто преобразовать из одного вида энергии в другой или передать .

Так как идеальной электрической системы не существует, всегда будут некоторые потери при передаче энергии. Самая распространенная форма потерь в электрической системе — это тепло. Если цепь физически нагрета, это означает, что часть энергии, которую она несет, преобразуется в тепло и, следовательно, не может использоваться для выполнения полезной работы.

Это снижает эффективность всей электрической системы.Неслучайно механические системы также выделяют тепло — не кладите руку на зажженную лампу накаливания, иначе вы напрямую испытаете преобразование энергии в тепло. Электроэнергия — это просто расширение основной физики мощности в целом.

Условно электрическая мощность выражается в киловатт (кВт) .

Как рассчитать электрическую мощность?

Количество мощности в цепи рассчитывается путем умножения Напряжения (В) на Ток (А) , что дает Вт (Вт) , используя следующее уравнение:

\ [P (t) = I (t) \ cdot V (t) \]

Это основное уравнение можно преобразовать с помощью закона Ома, который гласит, что ток, протекающий через линейное сопротивление, прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению электрической цепи при постоянной температуре.T u (t) \ cdot i (t) \; dt \]

Где:

P — мощность в ваттах (Вт)
i — ток в амперах (А)
u — напряжение в вольтах (В)
T — периодическое время в секундах (с)

Изобразим это уравнение на графике:

Уравнение для расчета мощности, отображаемое на декартовой плоскости, показывающее напряжение и ток, а также полученную кривую мощности после интегрирования.

Глядя на кривизну форм сигналов в визуализации, мы можем видеть, что мощность в системе переменного тока не просто умножение напряжения на ток, как в системе постоянного тока. Он определяется средним по времени мгновенной мощностью за один цикл. Это означает, что мы должны знать частоту, чтобы рассчитать мощность электрической системы.

Общие сведения об измерении мощности

В основном, в электрических системах переменного тока (AC) есть три типа мощности, которые необходимо измерить.Это:

Активная мощность (P)
Реактивная мощность (Q)
Полная мощность (S)

Чтобы проиллюстрировать взаимосвязь между ними, есть удобный инструмент, который мы можем использовать, известный как треугольник власти, основанный на теореме Пифагора:

Треугольник мощности, иллюстрирующий соотношение между активной, реактивной и полной мощностью, включая угол фи и коэффициент мощности, также известный как косинус фи (косинус фи)

Давайте подробнее рассмотрим эти термины и то, что они на самом деле означают:

Что такое активная мощность (P)

Активная мощность (P), также известная как «активная мощность» или «активная мощность», — это полезная мощность, которая используется в цепи переменного тока.

Что такое реактивная мощность (Q)

Реактивная мощность (Q) не используется, но передается между источником, таким как электростанция, и нагрузкой, в основном она используется для передачи активной мощности через электрическую систему.

Какая полная мощность (S)

Полная мощность (S) — это векторная сумма активной и реактивной мощности в системе переменного тока.

Какой коэффициент мощности (PF)

Коэффициент мощности (PF) — это соотношение между активной и полной мощностью, которое может принимать значения от 1 до -1.

Коэффициент мощности — это показатель количества активной мощности, присутствующей в линии передачи, по сравнению с полной мощностью, которая объединяет активную и реактивную мощность. Другими словами, это фактор, на который полезная мощность в линии передачи меньше теоретически возможной максимальной мощности. Уменьшение теоретически идеального коэффициента мощности вызвано не совпадением по фазе напряжения и тока.

Коэффициент мощности часто обозначается как «косинус фи», «косинус фи» или «косинус».”

Реактивная мощность может быть положительной или отрицательной, на что указывает положительный или отрицательный знак угла фи (𝜑). Это говорит нам, опережает ли ток напряжение, или он отстает от напряжения в линии передачи.

Если значение реактивной мощности равно положительному значению , оно отстает, указывая на индуктивную нагрузку, потребляющую реактивную мощность.

Когда значение реактивной мощности равно отрицательному значению , оно является опережающим, что указывает на емкостную нагрузку, которая передает реактивную мощность.

Чисто омические нагрузки, как и традиционные лампы накаливания, имеют коэффициент мощности, очень близкий к 1. Это означает, что напряжение и ток синфазны, поэтому в линии передачи присутствует очень небольшая реактивная мощность.

При положительных коэффициентах мощности, чем ближе они к нулю, тем больше разность фаз между напряжением и током и тем больше реактивной мощности присутствует в линии передачи. Это похоже на отрицательный коэффициент мощности, только в противоположном направлении: при PF = -1 разность фаз между напряжением и током составляет 180 °.

Мощность против энергии — в чем разница?

Термины «электрическая энергия» и «электроэнергия» не взаимозаменяемы, потому что это не одно и то же. Используя приведенную ранее аналогию с водой, легко проиллюстрировать эту разницу:

Мощность означает емкость , а энергия представляет доставку с течением времени .

Мощность — это, по сути, скорость потока воды в шланге, основанная на ее давлении и объеме.Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и мегаваттах (МВт).

Энергия — это количество воды, которое проходит через шланг за период времени. Поэтому счет за электроэнергию будет указан в киловаттах — часов (кВтч).

Почему мы измеряем мощность?

По словам всемирно известного консультанта по вопросам управления Питера Друкера: « Если вы не можете измерить это, вы не можете управлять им» .

Измерение напряжения и тока — это только начальный шаг к анализу электрической системы, и его легко можно сделать с помощью любого анализатора мощности или измерителя мощности, представленных на рынке.

Но для того, чтобы что-то успешно управлять, нужно как можно больше информации. Именно для этого и предназначен анализатор мощности. Анализаторы мощности позволяют пользователю выполнять комплексный анализ любой электрической системы с помощью всего лишь нескольких операций.

По мере того, как электричество и мощность становятся все более и более важными, критически важно, чтобы их можно было измерять и регулировать в соответствии с самыми высокими стандартами, чтобы обеспечить бесперебойное снабжение и чтобы оборудование, которое работает с ними, было надежным, безопасным и эффективным.Анализаторы мощности имеют решающее значение для проведения точных и всесторонних измерений, от самого производства энергии до фазы передачи, которая доставляет ее в наши дома и на предприятия.

Измерение мощности с максимально возможным уровнем точности важно по разным причинам:

На НИОКР с целью повышения производительности продуктов и услуг
Для повышения энергоэффективности
Снижение затрат и времени
Соответствие национальным и международным стандартам
Обеспечение безопасности продукции и операторов

Для чего нужны анализаторы мощности?

Анализаторы мощности

проводят широкий спектр испытаний и измерений электрических компонентов, цепей и систем.Некоторые из наиболее часто выполняемых анализов включают:

Анализ потока нагрузки используется для определения компонентов энергосистемы, которые включают величину напряжения, величину тока, фазовый угол phi системы, активную мощность, реактивную мощность, полную мощность и коэффициент мощности в установившемся режиме. операция.

Кроме того, для нелинейных нагрузок необходимо измерить и проанализировать реактивную мощность искажения, а также реактивную мощность гармоник. Теоретически напряжение и ток имеют идеальную синусоидальную волну 50 Гц в Европе (и 60 Гц в основном в Северной и Южной Америке).Это так, если к сети подключены только чисто омические линейные нагрузки (например, лампы накаливания, электрические нагреватели, электродвигатели переменного тока и т. Д.).

Треугольник мощности, который был показан ранее, справедлив только для омических нагрузок, но в настоящее время все больше и больше нелинейных нагрузок, а также нелинейных производственных единиц, подключенных к сети. Это ввело новое измерение в треугольник мощности, а именно искажение и реактивную мощность гармоник. Эти явления рассматриваются в отдельной статье «Что такое качество электроэнергии» [* СКОРО].

Давайте посмотрим на новый треугольник власти:

Новый треугольник мощности иллюстрирует взаимосвязь между активной, реактивной и полной мощностью, включая новое измерение искажений и гармонической реактивной мощности

В приведенном ниже примере линейное напряжение подает мощность переменного тока в систему, а переключающий выпрямитель преобразует ее в мощность постоянного тока, необходимую для светодиода. Взгляните на принципиальную схему измерительной установки:

Принципиальная схема испытательной установки для измерения мощности светодиодов с измерениями напряжения и тока как переменного, так и постоянного тока с помощью модуля питания от Dewesoft

В настоящее время появляется все больше нелинейных нагрузок (балластные блоки, выпрямители, инверторы, персональные компьютеры и т. Д.).), подключенных к сети, а также блоков нелинейной генерации (ветровая, солнечная и другие виды генерации энергии). Следовательно, формы сигналов напряжения и тока искажены и не являются идеальными синусоидальными формами сигналов. Следовательно, гармонический анализ необходим для определения влияния этих нелинейных нагрузок на ток и напряжение в электрической системе.

Анализ короткого замыкания выполняется для получения информации обо всех возможных сценариях работы электрической системы и для определения способности отдельных компонентов системы влиять на силу тока в цепи или выдерживать ее.

Анализ координации используется для поддержки разработки максимальной токовой защиты. Он принимает во внимание характеристики защитного устройства, включая его размеры и настройки, чтобы установить идеальный рабочий диапазон.

Анализаторы мощности Dewesoft

Анализаторы мощности Dewesoft — это не только самые маленькие анализаторы мощности в мире, но и самые мощные. Гибкая аппаратная платформа в сочетании с мощным программным обеспечением дает уникальные возможности тестирования для любых электрических измерений .Анализатор мощности Dewesoft может рассчитать более 100 параметров мощности , таких как P, Q, S, PF, cos phi и многие другие.

Он также предлагает несколько функций других инструментов:

Возможность записи необработанных данных
Осциллограф
Анализ БПФ
Гармоники
и т. Д.

Все эти расчеты могут выполняться в режиме онлайн, в режиме реального времени, при постобработке или и то, и другое.

Анализатор мощности Dewesoft сочетает в себе несколько инструментов и функций в одном устройстве — анализатор мощности, анализатор БПФ, регистратор данных RAW, осциллограф, анализатор гармоник, регистратор температуры, регистратор вибрации и многое другое.

Анализаторы мощности Dewesoft R8 могут быть оснащены до 64 высокоскоростных аналоговых входов ( до 1 Мвыб / с при 16 битах и полосе пропускания 2 МГц на канал ) для измерения напряжения и тока в одном корпусе.

Анализатор мощности Dewesoft R8DB может быть сконфигурирован с использованием 64 каналов, которые можно выбрать в соответствии с измерительным приложением для универсального измерительного устройства

Входы полностью изолированы как со стороны датчика (канал на землю), так и между каналами, и даже изолированное возбуждение датчика.Настоящая гальваническая развязка означает на меньше шума , без контура заземления и на превосходное качество сигнала .

Высокое напряжение можно напрямую измерить с помощью наших высоковольтных входов с 1600 В постоянного тока / CAT II 1000 В / CAT III 600 В защиты . Ток можно измерять с помощью высокоточных датчиков тока, таких как преобразователи тока с нулевым потоком, токовые клещи переменного / постоянного тока, катушки Роговского и шунты.

Dewesoft предлагает широкий выбор преобразователей тока и датчиков тока для любого диапазона и точности измерения тока

И хотя это в основном анализатор мощности, он также может измерять различные дополнительные типы сигналов, включая акселерометры, тензодатчики, датчики силы и нагрузки, термопары, RTD, счетчики и энкодеры, GPS, CAN BUS, XCP, FlexRay и даже видео.Все каналы синхронизированы между собой.

Типичный экран измерения трехфазного дельта с помощью программного обеспечения для анализа мощности DewesoftX

SIRIUS XHS — анализатор мощности нового поколения

Анализатор мощности SIRIUS XHS — последняя версия линейки продуктов SIRIUS. Это высокоскоростная система сбора данных, способная записывать со скоростью 15 MS / s / ch и до с полосой пропускания 5 МГц на всех аналоговых входах.

Показан новый SIRIUS XHS с четырьмя усилителями высокого напряжения и четырьмя усилителями низкого напряжения

Он оснащен совершенно новой технологией HybridADC , которая обеспечивает широкополосную запись переходных процессов и очень высокодинамичный сбор данных без псевдонимов.Фильтрация без псевдонимов позволяет регистрировать сигналы с динамическим диапазоном до 160 дБ. Высокая изоляция между каналами и землей предотвращает повреждение систем из-за чрезмерного напряжения и позволяет избежать контуров заземления.

Новая технология HybridADC в анализаторе мощности SIRIUS XHS

В большинстве систем питания SIRIUS XHS оснащен четырьмя усилителями высокого напряжения (HV) и четырьмя усилителями низкого напряжения (LV):

SIRIUS XHS HV : Высокоизолированный аналоговый вход высокого напряжения CAT II 1000 В .Этот усилитель может напрямую измерять пиковое напряжение в диапазоне от 20 В до 2000 В с полосой пропускания 5 МГц и точностью 0,03%. Этот усилитель идеально подходит для прямого подключения сигналов высокого напряжения. Разъемы этого усилителя всегда представляют собой изолированные безопасные банановые гнезда (красный / черный).
SIRIUS XHS LV : Сильно изолированный аналоговый вход низкого напряжения . Этот усилитель может измерять диапазоны от 0,05 В до 100 В с полосой пропускания 5 МГц, точностью 0,03% и возбуждением для выбранных датчиков (требуется разъем DSUB9 для возбуждения датчика).Этот усилитель идеально подходит для прямого подключения низковольтных сигналов и датчиков тока. Разъемы этого усилителя доступны в DSUB9 или BNC. Обратите внимание, что разъем DSUB9 также предлагает возбуждение датчика, а также TEDS для настройки интеллектуального датчика.

При использовании разъема DSUB9 усилитель также поддерживает адаптеры интеллектуального интерфейса серии DSI, что позволяет подключать различные типы датчиков к каждому низковольтному каналу. К ним относятся:

DSI-ACC для акселерометров и микрофонов IEPE
DSI-CHG для акселерометров зарядного типа
DSI-RTD для датчиков температуры RTD
DSI-TH для термопар (J, K, T и т. Д.)
DSI-LVDT для датчиков перемещения / расстояния LVDT

Когда любая модель DSI подключена к низковольтному каналу, программа сбора данных Dewesoft X автоматически обнаруживает ее (используя стандарт датчика TEDS) и настраивает для нее этот канал, устанавливая соответствующий тип входа, усиление, диапазон и масштабирование. Пользователь может выполнить дополнительные настройки и сохранить их в базе данных бортовых датчиков.

Уровень шума, подавление синфазного сигнала, дрейфы усиления и смещения обоих усилителей при более низкой полосе пропускания сопоставимы со стандартной линейкой приборов DualCoreADC SIRIUS.

Эти усилители идеально подходят для измерений электромобильности, где высочайшая точность, такая как анализ мощности, является абсолютной необходимостью.

Анализатор мощности со встроенным анализатором БПФ

Обычные анализаторы мощности используют обнаружение нулевой точки для определения периодического времени. Это означает, что они оценивают, когда напряжение или ток пересекает эту ось x, и используют это значение для вычисления периодического времени.

Dewesoft, с другой стороны, использует специальный алгоритм БПФ (быстрое преобразование Фурье) для определения периодического времени (частоты).

На основе этого заранее определенного периода времени анализ напряжения и тока с помощью БПФ может быть выполнен для определенного количества периодов (обычно 10, если базовая частота системы составляет 50 Гц) и с выбираемой частотой дискретизации. Анализ БПФ дает амплитуду напряжения, тока и cos phi для каждой гармоники.

Модуль питания Dewesoft имеет встроенный анализатор БПФ в дополнение к другим типам визуальных дисплеев

Многофазные анализаторы мощности

В силовом модуле Dewesoft X есть несколько предустановленных конфигураций системы, доступных на выбор.Самые распространенные из них:

Постоянный ток,
1 фаза
2-фазный — используется, например, со специальными типами двигателей
3-фазная звезда
3-фазный треугольник
Aron и V — это в основном конфигурации звезды и треугольника, но для измерения только двух токов вместо трех. Обычно это делается для экономии места или сокращения затрат.

Специальные конфигурации, такие как измерение 6-, 7-, 9- или 12-фазного двигателя, могут выполняться с несколькими однофазными или 3-фазными системами и суммированием значений мощности в библиотеке Math.Это означает, что мощность может быть измерена в нескольких точках полностью синхронно.

В математической библиотеке силовые модули могут быть дополнительно усовершенствованы, например, эффективность может быть рассчитана автоматически. Это также очень полезно при измерении многофазных двигателей (от 6 до 12 фаз).

Силовой модуль Dewesoft можно настроить для одно-, двух- и трехфазных систем. Их можно комбинировать для создания 6, 7, 9 или даже 12-фазных систем

Инженеры могут просто выбрать одну или несколько систем, которые они измеряют, из этого списка:

1-фазный
2 фазы
3-фазная звезда
3-фазный треугольник
3 фазы Aron
3 фазы V
3-х фазный 2-х метровый

Кроме того, доступен широкий диапазон других вариантов, включая частоту линии, единицы вывода, источник частоты (канал, который необходимо оценить для определения точной частоты), фазу и многое другое.

Благодаря модульной конструкции измерительных устройств Dewesoft пользователь никогда не ограничивается только измерением значений мощности. Системы сбора данных Dewesoft могут подключаться практически ко всем датчикам в мире, что означает, что инженер может также измерять температуру, силу, вибрацию, звук, GPS, видео, скорость, число оборотов в минуту, крутящий момент и т. Д.

Схема подключения анализатора мощности Dewesoft для проверки инвертора и электродвигателей

Инженеры, выполняющие тестов на электрических или гибридных транспортных средствах. также может захотеть измерить скорость автомобиля, температуру аккумулятора, данные шины CAN, положение GPS и даже нанести точное местоположение на испытательный трек.

Вместо использования двух, трех или даже более разных измерительных приборов, Dewesoft предлагает одновременную регистрацию всех измерений в одном приборе. Это дает несколько ключевых преимуществ:

Нет необходимости объединять данные вручную после измерения.
Данные полностью синхронизированы до одной выборки.
Все данные можно просмотреть на одном экране и записать в один файл данных.
Настройка и использование только одной системы сбора данных и программного обеспечения позволяет сэкономить время на подготовку к тесту.

Анализатор мощности Dewesoft объяснил вживую на выставке Battery Show Expo

База данных датчиков

повышает точность измерения тока и напряжения

Следует отметить, что каждый усилитель, датчик тока и напряжения имеет некоторую неточность или нелинейность. Однако с помощью анализаторов мощности Dewesoft эти ошибки можно измерить заранее и внести в базу данных датчиков XML. Программное обеспечение Dewesoft X применяет поправочных коэффициентов в реальном времени, что приводит к более точным показаниям и результатам.

База данных аналоговых датчиков Dewesoft

Встроенная база данных датчиков также исключает ошибки, вызванные ошибками ручного ввода данных. Выбор датчика из списка вместо того, чтобы вводить параметры вручную, не только экономит время, но и предотвращает типографические ошибки, которые могут привести к неправильному масштабированию или выбору усиления.

Внутри базы данных датчиков масштабирование можно настроить с помощью формул y = mx + b, справочных таблиц, полиномов и даже кривых преобразования.Для большинства датчиков это нужно сделать только один раз. Инженеры могут добавлять, редактировать и удалять датчики, а также обновлять информацию о калибровке в любое время, включая сроки выполнения клиентских лицензий и т. Д.

Единицы измерения базы данных датчиков основаны на семи международных единицах СИ, определяющих константы:

Длина — метр (м)
Время — секунды
Количество вещества — моль (моль)
Электрический ток — Ампер (А)
Температура — кельвин (К)
Сила света — кандела (кд)
Масса — килограмм (кг)

Таким образом, хотя они являются метрическими по своей сути, например, м / с2, в этом случае пользователь может выбрать G или g.Поэтому единицы вывода могут быть удобны для всех пользователей во всем мире.

Программное обеспечение Dewesoft также включает базы данных датчиков для счетчиков / энкодеров / датчиков частоты вращения.

Измерение тока с помощью Dewesoft

Измерение тока обычно делится на две основные группы:

« Прямой » — это когда провод должен быть отключен, а датчик включен последовательно с цепью. Этот метод работает без дополнительных схем.

Наиболее распространенным устройством измерения постоянного тока является шунтирующий резистор, который затем подключается последовательно со схемой.Шунтирующий резистор имеет очень низкое сопротивление, которое очень точно определено производителем. Шунтирующий резистор работает по принципу, согласно которому при прохождении тока через резистор будет очень небольшое падение напряжения, которое мы можем измерить и преобразовать в ток по закону Ома.

Типовое устройство для измерения тока шунта

Мы можем измерить это падение и применить закон Ома для расчета тока.

Графическое представление закона Ома

Кроме того, важным фактором является точность резистора, так как это напрямую влияет на точность самого измерения.

Dewesoft DSIi-10A Токовый шунт

Dewesoft предлагает несколько токовых шунтов компактного размера, каждый из которых оснащен отдельным нагрузочным резистором, предназначенным для измерения различных диапазонов тока. Эти шунты были спроектированы таким образом, чтобы оказывать наименьшее влияние на саму цепь.

Адаптеры

DSI можно подключить практически ко всем устройствам сбора данных Dewesoft. Изолированные аналоговые входы усилителей Dewesoft являются решающим фактором в обеспечении точных измерений, поскольку шунт подключается непосредственно к измеряемой цепи, а изоляция между цепью и измерительной системой всегда важна.Изолированные входы означают, что вы можете разместить свой шунт на стороне низкого или высокого уровня цепи и не беспокоиться о контуре заземления или синфазных ошибках измерения .

Снова принимая во внимание закон Ома и взаимосвязанный характер напряжения, тока и сопротивления, становится абсолютно ясно, что система сбора данных должна иметь возможность выполнять очень точное измерение напряжения и сопротивления, чтобы производить точное измерение тока.

« Косвенный » — это когда датчик тока не контактирует напрямую с цепью.Вместо этого он измеряет магнитное поле, которое индуцируется при протекании тока через проводник, а затем преобразует его в показания тока (электрические заряды создают электрические поля).

Преимуществом косвенного измерения тока является гальваническая изоляция датчика от проводника и тот факт, что саму цепь не нужно нарушать или отключать. Он также позволяет измерять очень высокие токи.

Dewesoft поддерживает почти все преобразователи тока, доступные сегодня на рынке.Некоторые преобразователи тока могут получать питание непосредственно от измерительного устройства, а для некоторых преобразователей тока требуется внешний источник питания, поскольку измерительное устройство не может передать необходимую им мощность возбуждения.

У Dewesoft есть решение для этого: SIRIUS PWR-MCTS2 представляет собой блок питания для питания этих преобразователей тока напрямую от приборов Dewesoft без каких-либо внешних источников питания сторонних производителей. SIRIUS PWR-MCTS2 предлагается в совместимом модульном шасси SIRIUS или SIRIUS XHS или непосредственно в стоечном шасси на базе SIRIUS, таком как система сбора данных R2DB, R3, R4 или R8.

SIRIUS R8 с несколькими измерительными срезами, включая совместимый со стойкой SIRIUS-PWR-MCTS2, а также модульное шасси SIRIUS-PWR-MCTS2 и SIRIUS 4xHV 4XLV

SIRIUS XHS-PWR для испытаний гибридных и электромобилей

Еще одна инновация — это новый SIRIUS XHS-PWR, совершенно новый продукт от Dewesoft, разработанный специально для рынка электромобилей. Он оснащен запатентованным преобразователем тока DC-CT, который позволяет проводить очень точные измерения тока даже в самых сложных условиях, таких как очень высокие пики тока, а также тестирование тока утечки.

SIRIUS XHS-PWR со встроенным преобразователем тока DC-CT

Этот новый прибор идеально подходит для измерения электромобильности, где высочайшая точность, такая как анализ мощности, является абсолютной необходимостью. В преобразователе тока используется запатентованная технология DC-CT® , основанная на датчике потока Platiše. Он предлагает диапазоны 100A, 500A и 1000A, упакованные в очень маленькое шасси, полосу пропускания 1 МГц, устойчивость к внешним магнитным полям, низкие смещения и отличную линейность.

Типичный тест мощности в автомобиле, показывающий дополнительные входы, такие как шина CAN, видеокамера и положение GPS в реальном времени, наложенное на карту

Усилители также могут измерять пиковое напряжение 2000 В (CAT II 1000 В) с полосой пропускания до 5 МГц

SIRIUS XHS-PWR

Этот прибор имеет два входа:

Эти входы подключаются непосредственно к силовой линии автомобиля, обеспечивая максимальное удобство, пропускную способность и точность тестирования электронной мобильности.Он предлагает степень защиты IP65, что позволяет использовать его в суровых условиях и во время жестких поездок.

Таблица сравнения преобразователя тока DC-CT с датчиками тока других типов:

	Тип	Изолированный	Диапазон	Пропускная способность	Линейность	Точность	Темп. дрифт	Расход
DC-CT	постоянного / переменного тока	Есть	Высокая	Высокая	Отлично	Очень высокий	Очень низкий	Средний
Магнитный клапан	постоянного / переменного тока	Есть	Высокая	Высокая	Отлично	Отлично	Низкая	Высокая
Холл	постоянного / переменного тока	Есть	Высокая	Средний	Средний	Средний	Высокая	Низкое-Среднее
Шунт	постоянного / переменного тока	№	Средний	Средний	Хорошо	Высокая	Средний	Высокая
Роговский	AC	Есть	Высокая	Высокая	Хорошо	Средний	Низкая	Низкая
CT	AC	Есть	Высокая	Средний	Средний	Средний	Низкая	Низкая

Совместимые трансформаторы тока

Ниже приведена таблица, в которой дается краткий обзор имеющихся преобразователей тока и характеристик этих преобразователей, а также того, для каких приложений они лучше всего подходят.

Обзор преобразователей тока и областей их применения

Недвижимость								Приложения
Тип	AC	постоянного тока	Диапазон	Точность	Пропускная способность	Плюсы	Минусы	Анализатор мощности	Электронная мобильность	Мониторинг сети
Токовые клещи с сердечником	ДА	НЕТ	5 кА	0,5 — 4%	10 кГц	дешевые	Тяжелый Негибкий Низкая пропускная способность	НЕТ	НЕТ	ДА
Дешевые катушки Роговского	ДА	НЕТ	10 кА	1%	20 кГц	Прочный Гибкий Линейный Без магнитного влияния Выдерживает перегрузку	Нет измерения постоянного тока Ошибки высокого положения	НЕТ	НЕТ	ДА
Катушка Good Rogowsky	ДА	НЕТ	50 кА	0,3%	до 20 МГц	Прочный Гибкий Линейный Без магнитного влияния Выдерживает перегрузку	Нет измерения постоянного тока Ошибки высокого положения	ЧАСТИЧНО	ЧАСТИЧНО	ДА
Токовые клещи постоянного / переменного тока с компенсацией Холла	ДА	ДА	300 А	1,5%	100 кГц	Измерение переменного / постоянного тока Высокая точность Широкая полоса пропускания Зажим может открываться	Низкий диапазон измерения	ДА	ДА	ДА
Токовые клещи постоянного / переменного тока Fluxgate	ДА	ДА	700 А	0,3%	500 кГц	Измерение переменного / постоянного тока Высокая точность Широкая полоса пропускания Зажим может открываться	Требуется внешний источник питания	ДА	ДА	ДА
Преобразователь тока нулевого потока	ДА	ДА	2000 А	0,002%	до 300 кГц	Измерение переменного / постоянного тока Высокая точность Высокая полоса пропускания Низкая фазовая ошибка Низкое смещение	Не открывается Требуется внешний источник питания	ДА	ДА	ДА

Dewesoft разрабатывает и производит всемирно известное оборудование для измерения и сбора данных для широкого спектра отраслей и приложений.С начала 2000-х годов основное внимание уделялось анализу мощности и анализу качества электроэнергии.

Тогда мы еще не знали, что автомобили станут электрическими такими быстрыми темпами, как сегодня. И это всего лишь одно приложение, в котором необходимы портативные высокопроизводительные анализаторы мощности и измерительные приборы для анализаторов качества электроэнергии.

Дополнительная информация

Продукты и решения

Статьи и база знаний

Примеры из практики и заметки по применению

резисторов — учимся.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 48

Номинальная мощность

Номинальная мощность резистора — одна из наиболее скрытых величин. Тем не менее это может быть важно, и это тема, которая возникает при выборе типа резистора.

Мощность — это скорость, с которой энергия преобразуется во что-то другое. Он рассчитывается путем умножения разности напряжений в двух точках на ток, протекающий между ними, и измеряется в ваттах (Вт).Лампочки, например, превращают электричество в свет. Но резистор может превратить проходящую через него электрическую энергию только в тепла . Тепло обычно не лучший друг для электроники; слишком много тепла приводит к дыму, искрам и пожару!

Каждый резистор имеет определенную максимальную номинальную мощность. Чтобы резистор не перегревался слишком сильно, важно убедиться, что мощность на резисторе не превышает его максимального значения. Номинальная мощность резистора измеряется в ваттах и обычно находится между & frac18; Вт (0.125 Вт) и 1 Вт. Резисторы с номинальной мощностью более 1 Вт обычно называют силовыми резисторами и используются специально из-за их способности рассеивать мощность.

Определение номинальной мощности резистора

Номинальная мощность резистора обычно определяется по размеру его корпуса. Стандартные сквозные резисторы обычно имеют номинальную мощность ¼ или ½ Вт.

Механическая работа. Мощность. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Определение мощности электрического тока

Определение

Активная

Реактивная

Полная

Как измеряется

Прямые замеры

Косвенные замеры

Фазометры

Регулирование cos φ

Видео

Работа, мощность, энергия — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

Основные теоретические сведения

Механическая работа

Мощность

Кинетическая энергия

Потенциальная энергия

Коэффициент полезного действия

Закон сохранения механической энергии

Разные задачи на работу

Закон сохранения энергии и динамика вращательного движения

Неупругие соударения

Абсолютно упругий удар

Законы сохранения. Сложные задачи

Несколько тел

Разрыв снаряда

Столкновения с тяжёлой плитой

Задачи о максимальных и минимальных значениях энергии сталкивающихся шаров

В чем измеряется мощность: активная, реактивная, полная

Что такое мощность электрического тока

Формула расчета мощности, тока и напряжения

Ватт и другие единицы измерения мощности

В чем измеряется активная, реактивная и полная мощность

Мощность бытовых электрических приборов

Единицы измерения мощности

Международная система единиц (СИ)

Внесистемные единицы

США и Британия

Механическая работа и мощность

Определение механической работы

Мощность

Мощность

Мощность | Физика

Цели обучения

Что такое мощность?

Мощность

Расчет мощности по энергии

Пример 1. Расчет мощности для подъема по лестнице

Обсуждение

Установление соединений: домашнее расследование — измерьте номинальную мощность

Примеры мощности

Мощность и энергопотребление

Пример 2. Расчет затрат на электроэнергию

Стратегия

Решение

Обсуждение

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

Задачи и упражнения

Глоссарий

Избранные решения проблем и упражнения

Что такое единица измерения мощности?

Ватты — единицы мощности в системе СИ

Что такое мощность в лошадиных силах?

Power — Energy Education

Энергия и мощность

Преобразование блока питания

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Статистический анализ мощности — Статистические решения

Что такое анализ мощности и измерения мощности

Что такое анализ мощности?

Что такое анализатор мощности?

Что такое электрическая мощность

Количественная оценка электроэнергии

Что такое электрическая мощность

Как рассчитать электрическую мощность?

Общие сведения об измерении мощности