Мощность эл цепи: Мощность в цепи переменного тока и коэффициент мощности (косинус φ)

Содержание

8. Мощность и работа электрического тока

Работа избавляет человека от трех главных зол — скуки, порока и нужды.

Вольтер

Чем больше работаешь, тем больше получаешь.

Интерактивное изложение материала по теме Работа и мощность электрического тока
Слад-шоу «Получение электроэнергии»
Слайд-шоу «Электрическая энергия»
Формула «Работа тока»
Слайд-шоу «Работа тока»
Формула «Мощность тока»
Слайд-шоу «Мощность и сопротивление эл. прибора (номинальные параметры)»
Интерактивная задача «Мощность в электрической цепи»
Подборка заданий «Работа и мощность тока»

 

У каждого в доме есть счетчик, по показаниям которого мы ежемесячно платим за электричество, оплачиваем какое-то количество киловатт-часов. Что же такое эти киловатт-часы? За что конкретно платим? Разберемся 🙂

Мы используем электричество с определенными целями.

Электрический ток выполняет какую-то работу, вследствие этого и функционируют наши электроприборы. Что же такое – работа электрического тока? Известно, что работа тока по перемещению электрического заряда на некотором отрезке цепи равна численно напряжению на этом участке. Если же заряд будет отличаться, например, в большую сторону, то и работа, соответственно, будет совершена большая.

Работу, которую электрическое поле совершает над свободными зарядами в проводнике называют работой тока

  

   Работа электрического тока характеризует процесс превращения энергии одного вида (энергии электрического поля) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механическую).

Работа

тока на участке цепи: формула

где A — работа, U- напряжение, I — сила тока,

q — заряд,

 t — время.

Измеряется работа тока в джоулях (1 Дж).

1 Дж = 1 В * 1 А * 1 с. То есть, чтобы измерить работу, которую совершил ток, нам нужны три прибора: амперметр, вольтметр и часы. Счетчики электроэнергии, которые стоят в квартирах, как бы сочетают в себе все эти вышеперечисленные приборы в одном. Они измеряют работу, совершенную током. Работа тока в нашей квартире – это энергия, которую он израсходовал на всех включенных в сеть квартиры приборах. Это и есть то, за что мы платим. Однако, мы платим не за джоули, а за киловатт-часы.

Мощность электрического тока

 Мощность тока – это работа тока, совершенная в единицу времени. То есть, мощность можно найти, разделив работу на время. А работа, как мы уже знаем – это произведение силы тока на напряжение и на время. Таким образом, время сократится, и мы получим произведение силы тока на напряжение.

где P — мощность тока. Мощность измеряется в ваттах (1 Вт). Применяют кратные величины – киловатты, мегаватты. 

Работа и мощность электрического тока связаны теснейшим образом. Фактически, работа – это мощность тока в каждый момент времени, взятая за определенный промежуток времени. Именно поэтому счетчики в

квартирах измеряют работу тока не в джоулях, а в киловатт-часах. Просто величина мощности в 1 ватт – это очень небольшая мощность, и если бы мы платили за ватты-в-секунду, мы бы оплачивали десятки и сотни тысяч таких единиц. Для упрощения расчетов и приняли единицу «киловатт-час».Интерактивный тест   и мощность электрического тока…

Updating…

! 1 _1 работа и мощность электрического тока.swf

(200k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

1-2 формула мощности тока.swf

(15k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

1_2 формула работы электрического тока.swf

(15k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

2 работа электрического тока.swf

(122k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

3 задача мощность.swf

(45k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

3 задачи.swf

(120k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

3 мощность тока таблица.jpg

(56k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ć

3 решение задач moschnost_toka. ppt

(368k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ĉ

4 работа и мощность тока Физический диктант.doc

(28k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ć

4 Тест к уроку Работа и мощность электрического тока.ppt

(101k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ć

4 мощность электрического тока.ppt

(179k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ć

4 работа электрического тока.pptx

(234k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ĉ

4 самостоятельная работа.doc

(35k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

Электрический ток.Работа, мощность | От урока до экзамена

Кристаллическая решётка

Электрический ток.        Все металлы являются проводниками электрического тока. Они состоят из пространственной кристаллической решетки, узлы которой совпадают с центрами положительных ионов. Вокруг ионов хаотически движутся свободные электроны.

В металлах электронная проводимость

Электрическим током в металлах называется упорядоченное движение свободных электронов. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Электрические заряды могут двигаться упорядоченно под действием электрического поля, поэтому

условием для существования эл. тока является наличие электрического поля и свободных носителей эл.заряда.

     Сила тока численно равна заряду, протекающему через данное поперечное сечение проводника в единицу времени.   Ток называется постоянным, если сила тока и его направление не изменяется с течением времени.

I = 1 Кл/с = 1 А

1 ампер (А) равен силе постоянного тока, при котором через любое поперечное сечение проводника за 1 с протекает 1 Кл электричества.                 I = q0 nvS                                             Силу тока в цепи измеряют амперметром.  Условное обозначение в цепи

Работа и мощность тока.      Электрический ток снабжает нас энергией. Она возникает за счёт работы электрического поля по передвижению свободных зарядов в проводнике. Рассмотрим участок цепи, по которому течёт ток

I. Напряжение на участке обозначим U, сопротивление участка равно R. При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном участке совершает работу.  ΔA  = U I Δt  — эту работу называют работой электрического тока. За счёт работы на рассматриваемом участке может совершаться механическая работа; могут также протекать химические реакции. Если этого нет, то работа эл. поля приводит только к нагреванию проводника. Работа тока равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током:  — это закон Джоуля — Ленца  

Мощность электрического тока равна отношению работы тока

ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена на данном участке:    P = IU  или                .   Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Закон Ома для замкнутой цепи.          Источник тока имеет ЭДС () и сопротивление (r), которое называют внутренним. Электродвижущей силой (ЭДС) называется отношение работы сторонних сил по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда  (1В=1Дж/1Кл). Рассмотрим теперь замкнутую (полную) цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой  и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением 

R.  (R+r) — полное сопротивление цепи.  Закон Ома для полной цепи записывается в виде   или Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

 

Мощность в цепи постоянного тока, электрическая энергия и коэффициент полезного действия

Электрическая мощность Р (Вт) определяется произведением напряжения на силу тока:

P = U•I

где U — напряжение на токоприемнике, В; I — сила тока через токоприемник, А.

Единица мощности — 1 ватт = 1 вольт х 1 ампер.Принимая во внимание закон Ома (U = IR; I = U/R), равенство (2.28) можно представить следующим образом:

P = 12R.                                (2.29)

Р = U2/R.                              (2.30)

В практике пользуются производной единицей мощности — киловатт (кВт), 1 кВт = 1000 Вт. Как и в механике электрическая энергия, или р а б о т а(Дж), равна произведению мощности на время:

W= Pt,                                     (2.31)

где Р — мощность, Вт; t — время, с. Единица энергии 1 джоуль = 1 ватт х 1 секунду. В практике пользуются значительно более крупной единицей — киловатт-часом (кВт • ч),1 кВт-ч = 1 кВт-1 ч = 1000 Вт-3600 с = 3 600 000 Дж = 3,6 МДж. Если взять значение Р из выражений (2.28), (2.29) и (2.30), то формулу (2.31) можно переписать так:

.                   U2

W= U It = —— •t = I2R•t.      (2.32)

.                   R

Пример 1. Нагревательный прибор, включенный в сеть 220 В, потребляет ток 5 А.Сколько энергии расходуется за сутки? Решение. Количество энергии W = 220 ■ 5 • 24 = 26 400 Вт • ч = 26,4 кВт • ч = 95,04 МДж.

 

Пример 2. Какова мощность нагревательного прибора, если за 5 ч потребляемая имэнергия составила 10 кВт ч?

Решение. Мощность прибора Р = w/t = 10/5 = 2 кВт. Тепловое действие тока. Прохождение электрическоготока через проводник сопровождается выделением тепла. В нагревательных приборах получение тепла — это конечная цель. Но в другихприборах и устройствах выделение тепла представляет собой непроизводительные потери электрической энергии. Количество теплоты измеряют в джоулях, причем 1 Дж = 1 Вт-1 с = 1 Вт·с.

По закону Ленца—Джоуля количество теплоты Q, выделяемой то-ком в проводнике, пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока:

 

Q =I2RTT                                 (2.33)

 

где I — сила тока, A; R — сопротивление, Ом; t — время, с.

Пример 3. Найти количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении R = 20 Ом в течение t = 1 ч при протекании тока / = 10 А. Решение.  Искомое количество теплоты

 

Q = 100 ■ 20 ■ 3600 = 7200 кДж;

 

При всяком превращении одного вида энергии в другой наблюдаются потери энергии. Например, при превращении электрической энергии в механическую (в электрическом двигателе) часть электроэнергии, потребляемой электродвигателем из сети, расходуется на нагрев двигателя, на трение в подшипниках и т. д.

Этот процесс количественно характеризует величина, называемая коэффициентом полезного действия (к.п.д.). Под к.п.д понимают отношение полезной мощности Рпол, отдаваемой машиной, к подведенной мощности Pподв:

 

ή = Pпол/Pподв. .                    (2.34)

 

Пример 4. Водонагревательный прибор потребляет из сети мощность, равную 1 кВт, причем 50 л воды нагреваются на 80°С в течение 5 ч. Каков к.п.д. водонагревателя?

Решение. Потребляемая из сети за 5 ч электроэнергия W=Pt = 1•5=5 кВтч = 5000-3600 Дж.

Для нагревания 50 л воды на 80°С используется энергия, равная

 

Wпол=cV(t2—t1) =4,19-50 000-80 Дж,

где с =4,19 — теплоемкость воды, Дж/смС.

 

Часть энергии, равная разности Wподв— Wпол, теряется при охлаждении нагревателя.

.                              Wпол            4,19•-50 000• 80         4,19

Тогда к.п.д.  ή = ——— = —————————— = ——— = 0,93, или 93%

.                              Wподв               5000•3600                4,5

где Wпол—энергия, израсходованная на нагрев воды; Wподв—энергия, выделившаяся в нагревателях.

Компоненты, типы и связанные понятия

Роберт Хейзен, доктор философии, Университет Джорджа Мейсона
Схема простой разомкнутой и замкнутой электрической цепи. (Изображение: BijanStock / Shutterstock)

Электрические цепи — важные концепции, которые имеют практическое применение в нашей повседневной жизни. Это очень простая концепция, которая включает в себя три разных компонента: источник электроэнергии, устройство и замкнутый контур из проводящего материала.

Источник электроэнергии

Первый компонент в электрической цепи — это источник электрической энергии, позволяющий электронам двигаться.Этим источником может быть аккумулятор, солнечный элемент или гидроэлектростанция — место, где есть положительный вывод и отрицательный вывод, и откуда заряд может перетекать от одного к другому. Этот толчок электрического заряда называется напряжением, потенциал которого измеряется в вольтах.

Устройство в электрической цепи

Второй компонент — это устройство. Он реагирует на проходящий через него ток. Сегодня устройство — это то, что можно подключить к розетке и использовать с электричеством.Петля обычно закрывается с помощью куска проводящего материала. Обычно это проволока, но есть и другие материалы, которые могут замкнуть петлю. Например, внутри телевизора есть различные полосы металла, нанесенные на пластиковую поверхность, которая может быть проводящим материалом или даже в некоторых случаях шасси устройства, которое становится частью замкнутой цепи.

Сопротивление электрической цепи

Третий компонент — сопротивление; каждая цепь имеет некоторое сопротивление потоку электронов.Электроны сталкиваются с другими электронами и атомами, составляющими проволоку, и, таким образом, преобразуют часть своей энергии в тепло. Просто невозможно передать энергию из одной формы в другую без потери части этой энергии в виде тепла.

Узнайте больше об электромагнетизме.

Фонарик как электрическая цепь

Фонарь — это простое устройство, которое включает в себя все три этих компонента. Источником являются две батарейки в фонарике.

Лампочка на конце фонарика — это устройство, в которое течет ток. Ток протекает через очень крошечную нить накала, которая нагревается до очень высокой температуры из-за электрического сопротивления. В результате нить накаливания ярко светится.

Наконец, цепь замыкается металлической полосой, идущей вниз по боковому стволу фонаря. На одном конце фонарика также есть катушка с проводом, а на другом конце — точки контакта для батареи, а также другая полоса провода, которые вместе замыкают цепь.

Простая электрическая схема имеет источник, устройство, сопротивление и переключатель. (Изображение: BlueRingMedia / Shutterstock)

Выключатель, предохранитель и автоматические выключатели

Фонари и большинство других электроприборов также имеют выключатель. Переключатель — это просто устройство, которое помогает разорвать непрерывную петлю проводящего материала.

Когда переключатель разомкнут, ток нет, но когда переключатель замкнут, ток есть. В принципе, все схемы работают так.Даже в цепи, подключенной к стене вашей комнаты, есть непрерывная петля провода, которая тянется от вашего дома до электростанции.

Предохранитель

A или автоматический выключатель используются для предотвращения крупных пожаров из-за перегрузок. Предохранитель предназначен для сгорания, если ток становится слишком большим.

Узнайте больше о первом законе термодинамики.

Типы электрических цепей

Есть два типа цепей, используемых в домах и других распространенных устройствах; а именно последовательные цепи и параллельные цепи.

Цепи серии — Цепи серии состоят из нескольких устройств, каждое из которых соединено одно за другим в один большой цикл. Хотя разные устройства имеют разное напряжение на них, один и тот же ток течет через все устройства в последовательной цепи.

Если одно из устройств в последовательной цепи выходит из строя, выходит из строя вся цепь. Например, если есть три лампочки, подключенные последовательно, всего в одну петлю провода, подключенную к батарее.Если открутить одну лампочку, выходит из строя вся цепь.

Параллельные цепи — В параллельных цепях разные устройства скомпонованы так, что один источник подает напряжение на отдельные витки провода. Напряжение в каждом устройстве в цепи одинаково, но в целом разные устройства будут видеть разные токи. В этом случае каждое устройство будет работать, даже если другие выйдут из строя.

Например, если две лампочки подключены параллельно и одна откручена, вторая будет работать.Современные гирлянды для рождественских елок делаются по параллельным цепям, так что даже если перегорит один светильник, не придется выбрасывать всю прядь.

Это стенограмма из серии видео The Joy of Science . Смотрите сейчас на Wondrium.

Систематизация взаимосвязей между электрическими цепями — законы Кирхгофа

Систематизированное поведение цепей имеет огромное значение в электротехнике и объясняется законами Кирхгофа. Первый закон гласит: «Энергия, производимая источником, равна энергии, потребляемой в цепи, включая тепло, теряемое в результате сопротивления».

Второй закон гласит: « Ток, протекающий в любом переходе, равен сумме токов, вытекающих из этого перехода». Это означает, что ток — это электроны, протекающие по проводам, и количество электронов, текущих в переход, равно количеству электронов, вытекающих из этого перехода.

Узнайте больше об энтропии.

Одинаковы ли по сути разные виды электроэнергии? Майкл Фарадей был английским ученым, внесшим вклад в изучение электромагнетизма и электрохимии. (Изображение: Томас Филлипс / общественное достояние)

Майкл Фарадей провел тщательные систематические исследования всех этих различных видов электричества. Он смог продемонстрировать, что все эти различные формы электричества вызывают одно и то же явление и являются результатом движения электронов.

Фарадей пришел к выводу, что все виды энергии производят искры, могут течь по проводам и их можно заставить работать. Его исследование также впервые показало, что животное электричество электрического угря, электричество, исходящее от батареи, и электричество молнии — все это одно и то же явление.

Электрический ток и мощность

Поток или движение электронов по электрической цепи называется электрическим током.Сила тока измеряется в амперах. Один ампер соответствует примерно 6 миллиардам электронов, проходящим через точку в этой цепи каждую секунду.

Еще один важный термин, связанный с электричеством, — это мощность. Мощность определяется как работа, разделенная на время. В электрической цепи мощность равна текущему напряжению, измеренному в ваттах. Чем выше мощность, тем быстрее энергия потребляется этим объектом, будь то лампочка, усилитель или любое электрическое устройство.

Узнайте больше о магнетизме и статическом электричестве.

Общие вопросы о

Вкладах Алессандро Вольта и изобретении батареи Q: Как в фонарике светится лампочка?

Когда ток проходит через очень маленькую нить накала, она нагревается до очень высокой температуры из-за электрического сопротивления. Это приводит к яркому горению нити, и, таким образом, лампочка в фонарике светится.

В: Чем полезны предохранители и автоматические выключатели?

Предохранители и автоматические выключатели предназначены для предотвращения повреждения электрического оборудования из-за перегрузки.В то время как предохранители необходимо заменять после перегрузки, автоматические выключатели необходимо просто перезапустить.

В: Что такое электрический ток?

Поток электронов через электрическую цепь называется электрическим током и измеряется в амперах.

Q: Почему рождественская елочная цепочка старины стала бесполезной, даже если одна лампочка перегорела?

Древние огни рождественской елки представляли собой цепь последовательного типа, в которой, если одна лампочка не работала, выходила из строя вся цепь.Однако современные елочные светильники следуют принципу параллельных цепей

.

Продолжайте читать


Как работает электричество?
Ранняя жизнь и успех Бенджамина Франклина
Фотоны и длина волны: свет — это частица или волна?

Расчет энергии и мощности в электрических цепях — видео и стенограмма урока

Energy and Power

Когда вы включаете эти электрические цепи, вы можете увидеть их энергию и мощность в действии. Когда вы щелкаете выключателем света в своей комнате, вы видите, как свет становится ярким и начинает излучать свет.Когда вы включаете телевизор, вы видите, что экран на вашем телевизоре включается, и вы можете видеть различные телевизионные программы, предоставленные вам местными телевизионными провайдерами. Когда вы включаете компьютер, вы видите, что ваш монитор включается, а затем вы можете использовать на нем все виды компьютерных программ. Когда вы включаете свой мобильный телефон, вы можете звонить и писать текстовые сообщения своим друзьям и семье

Откуда эта сила и энергия? Он поступает либо от батарей, либо от вашего поставщика электроэнергии.Поскольку мы имеем дело с электрическими цепями, мы также имеем дело с электроэнергией. Мы определяем электрическая мощность как скорость, с которой схема использует электрическую энергию. Электрическая энергия — это заряд батареи или электростанции. Есть два способа рассчитать эту мощность. Мы можем использовать либо напряжение, либо сопротивление цепи.

Использование напряжения

Чтобы использовать напряжение цепи, мы можем использовать эту формулу для расчета мощности:

P = В * I

Мы имеем, что мощность равна напряжению цепь умножает на ток I цепи.Когда наша единица измерения напряжения — вольты ( В, ), а единица измерения тока — амперы или, для краткости, амперы ( A ), тогда мы должны умножить их вместе, чтобы получить ватт ( Вт, ), стандартная единица измерения. власти. Предположим, у нас есть две 2,5-вольтовые батареи, соединенные вместе, чтобы получить 5 вольт. Если мы пропустим через него ток 0,5 ампера, мы получим мощность:

P = 5 В * 0,5 A = 2,5 Вт

Вы можете запитать часы с 2.5 Вт мощности.

Использование сопротивления

Другой способ рассчитать мощность — использовать величину сопротивления в цепи. Фактически вы можете преобразовать формулу мощности с напряжением в формулу мощности с сопротивлением, используя закон Ома, который говорит вам, что В = I * R (напряжение равно току, умноженному на сопротивление). 2 * R , чтобы найти свою мощность.2/192 Ом = 14400/192 = 75 Вт

Этого достаточно для питания швейной машины.

Итоги урока

Давайте рассмотрим, что мы узнали. Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, по которому свободно течет электричество. Электрическая мощность — это скорость, с которой схема использует электрическую энергию. Формула для определения мощности в цепи:

P = В * I

Мы используем закон Ома ( В = I * R ), чтобы получить две другие формулы мощности, которые используйте сопротивление цепи.2/ R

Энергия и мощность в электрических цепях — Электрические цепи — AQA — GCSE Combined Science Revision — AQA Trilogy

Нагрев проводов

По мере того, как электроны проходят по проводам, они сталкиваются с ионами в проводе, что вызывает усиление вибрации ионов. Эта повышенная вибрация ионов увеличивает температуру проволоки. Энергия была передана из химического накопителя энергии батареи во внутренний накопитель энергии провода.

Количество энергии, передаваемой каждую секунду (мощность) между накопителями энергии, можно рассчитать по формуле:

мощность = ток × разность потенциалов

\ [P = I \ times V \]

Это когда:

Один ватт равен одному джоулю в секунду (Дж / с).2 \ times R \]

Это когда:

  • мощность ( P ) измеряется в ваттах (Вт)
  • I ) измеряется в амперах (A)
  • сопротивление ( R ) ) измеряется в омах (Ом)

Пример

Сколько энергии передается каждую секунду током в 2 ампера (А), управляемым разностью потенциалов 230 вольт (В)?

\ [P = I \ times V \]

\ [P = 2 \ times 230 \]

\ [P = 460 ~ W \]

Вопрос
\ [P = 9 \ times 10 \]

\ [ P = 90 ~ Вт \]

Эффективная передача энергии

Энергия может передаваться с помощью электрического тока; любой электроприбор должен получать достаточно энергии каждую секунду.Электроэнергия может подаваться в виде низкого тока с высоким напряжением или высокого тока с низким напряжением.

мощность = ток 2 × сопротивление

Уравнение показывает, что большой ток будет иметь гораздо более сильное нагревательное воздействие на провода передачи, чем низкий ток. По этой причине передача энергии при высоком напряжении с низким током будет поддерживать охлаждение проводов и тратить меньше энергии.

Electric Power — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

Джеймс Джоуль (1818–1889) Англия проверил закон Ома и определил, что тепло, передаваемое проводником, прямо пропорционально его сопротивлению и квадрату тока, проходящего через него.

Таким образом, мы видим, что когда ток гальванического электричества распространяется по металлическому проводнику, выделяемое за заданное время тепло пропорционально сопротивлению проводника, умноженному на квадрат электрической напряженности.

Джеймс Прескотт Джоуль, 1841

Электроэнергия из определения мощности. Умножьте на единицу и замените переменные в знаменателе. Посмотрите, что это нам дает.

п. = Вт = Вт кв = Вт кв = VI
т т кв кв т

Это первоначальное определение ватта как единицы мощности.

Другая единица, которую я бы предложил добавить в список, — это мощность. Мощность, передаваемая током ампера через разность потенциалов в вольт, является единицей, соответствующей практической системе. Его уместно назвать ваттом в честь великого ума механиков Джеймса Ватта. Он был первым, кто имел четкое физическое представление о силе и дал рациональный метод ее измерения. Таким образом, ватт выражает мощность усилителя, умноженную на вольт, в то время как мощность в лошадиных силах равна 746 ваттам, а мощность — 735.

Карл Вильгельм Сименс, 1882

Лошадиная сила — это единица измерения мощности, изобретенная Джеймсом Ваттом. cheval de vapeur (буквально «конь пара») — это французское название того, что на английском языке часто называют метрической мощностью. Интересно, что французы называют мощность Джеймса Ватта le cheval-vapeur britannique .

Мощность по току. Снимаем напряжение подстановкой из закона Ома.

P = VI = ( IR ) I = I 2 R

Мощность по напряжению.Убрать ток по закону Ома.

P = VI = V В = В 2
R R

Вкратце…

Потребительские дела…

Часть счета за электроэнергию бытового потребителя. Коммунальные предприятия продают электроэнергию по киловатт-часам; блок, упрощающий расчет эксплуатационных расходов на электрические устройства.Энергия, потребляемая во время этого конкретного цикла выставления счетов, была довольно низкой (по сравнению с аналогичными потребителями), но тариф, взимаемый этим коммунальным предприятием, был примерно вдвое выше среднего по США в 2000 году.

Обычные (на основе меди) кабели могут передавать мощность (от 40 до 600 МВт) при высоком напряжении (от 40 до 345 кВ)

P потеря = I 2 нагрузка R строка = ⎛

P нагрузка 2

R строка V линия

и доля потерь.

доля потерь = P убыток = P нагрузка R строка
P нагрузка В 2 линия

Основные сведения об источниках питания и простых схемах

Ключевые термины

  • Блок питания
  • Электросхема
  • Переключатель
  • Замкнутый контур
  • Обрыв цепи

Цели

  • Распознать функцию и представление простого источника питания
  • Проанализировать простую электрическую схему
  • Определите функцию переключателей в цепи
Электронные устройства работают за счет приложения напряжения, которое создает электрические токи через различные компоненты. Эти токи могут выполнять ряд функций: например, они создают тепло на электрической плите (плите), они создают свет в лампочке и передают информацию от точки к точке в процессоре. Итак, как нам получить напряжение, чтобы мы могли выполнять эти функции? Ответ — это то, что мы можем в общих чертах назвать , блоками питания.

Обратите внимание: не пытайтесь копировать схемы из этой статьи. Это может привести к поражению электрическим током, травме или смерти.Эти примеры предназначены только для теоретического обсуждения, а не для фактического / физического использования.

Источники питания

Электрический источник питания — это устройство или система, преобразующая некоторую форму энергии в электрическую. Например, батарея преобразует химическую энергию в электрическую посредством химических реакций, которые создают напряжение на двух выводах (один из которых отмечен знаком «+», а другой — «-»). В случае вашей электроэнергетической компании электростанция сжигает уголь или использует ядерное топливо для вращения турбины, которая с помощью магнитов генерирует напряжение, которое линии электропередач несут в ваш дом. Солнечные панели преобразуют энергию света в электрическую.

Независимо от источника, источник питания преобразует некоторую форму накопленной или доступной энергии в электрическую энергию. (Согласно фундаментальному принципу физики, энергия не создается и не уничтожается — она ​​может только изменять форму.) Но как выглядит блок питания в контексте нашего обсуждения напряжения и тока? Ниже приведена иллюстрация простого источника питания с положительной и отрицательной клеммами. Положительный вывод имеет чистый положительный заряд, а отрицательный вывод имеет чистый отрицательный заряд. Назовем отрицательную клемму землей.

Из-за избыточного положительного заряда на положительном выводе и избыточного отрицательного заряда на отрицательном выводе положительный заряд будет отталкиваться от положительного вывода и притягиваться к отрицательному выводу.

В целях иллюстрации рассмотрим аккумулятор 1,5 В — это разность потенциальной энергии между двумя клеммами аккумулятора на кулон заряда. Мы по-прежнему будем называть отрицательную клемму землей, потому что положительный заряд будет «падать» от положительной клеммы к отрицательной клемме, как показано выше. На схеме ниже мы просто предполагаем, что аккумулятор окружен воздухом, который является изолятором (он не проводит заряд).

Но что, если мы подключим проводящий материал, например, медный провод, к клеммам батареи? Тогда у нас есть как разность потенциалов между двумя терминалами , , так и , , путь для прохождения заряда.В результате ток будет течь от положительной клеммы к отрицательной.

На этом этапе вы можете быть немного сбиты с толку относительно того, почему мы показываем поток положительного заряда. Напомним, что проводники допускают свободный поток слабосвязанных электронов — таким образом, мы могли бы ожидать, что произойдет то, что отрицательный заряд будет течь от отрицательного вывода (где его избыток) к положительному выводу (чтобы сбалансировать положительный заряд там. ). На самом деле так и происходит, но по исторической случайности положительный заряд был связан с протонами, а не с электронами (заряд электронов можно было бы с полным основанием назвать положительным).Оказывается, данный поток положительного заряда в одном направлении эквивалентен тому же потоку отрицательного заряда в противоположном направлении.

Но чтобы согласовать наше исследование с обычаями физики, мы обычно будем говорить о положительном токе, то есть о положительном заряде, протекающем от более высокого напряжения (положительный вывод) к более низкому напряжению (заземление). Кстати, не стоит подключать таким образом к аккумулятору только провод или другой хороший проводник — это очень быстро разрядит аккумулятор.

Простая электрическая цепь

То, что мы видим выше, где две клеммы источника питания (например, батареи) соединены друг с другом, представляет собой простую электрическую схему . Электрическая цепь, как вы, вероятно, можете судить по приведенному выше примеру и названию, представляет собой замкнутый контур, по которому может течь ток. Однако, поскольку приведенная выше схема не содержит других компонентов, кроме батареи, это не очень интересный пример.

Обратите внимание, что электроны могут течь из одной точки материала (или комбинации материалов) в другую, только если между точками существует непрерывный путь через проводящий материал (проводник). В приведенной выше простой схеме такой путь существует между клеммами аккумулятора. Но что, если мы сделаем обрыв провода? Тогда, конечно, ток не пойдет. Если мы можем «разорвать» и «разблокировать» схему по желанию, то мы сможем включать и выключать поток заряда: другими словами, мы ввели в схему переключатель .Обратите внимание, что когда переключатель замкнут (соединение провода), конфигурация называется замкнутой цепью . Когда переключатель разомкнут, это называется разомкнутой цепью .

Наконец, давайте заменим нашу громоздкую батарею более традиционным обозначением источника питания — тем, который вы обычно видите на реальных схемах электрических цепей.

Обратите внимание, что положительный вывод находится на стороне более длинной горизонтальной полосы; отрицательная клемма находится на стороне более короткого стержня.Оба обозначены выше, но обычно не отображаются. Таким образом, наша простая схема переключателя выглядит следующим образом.

Таким образом, мы сделали первый шаг в мир электрических цепей. Опять же, даже с переключателем эта схема не так уж и интересна: все, что она делает, это быстро истощает энергию, запасенную в батарее, когда цепь замкнута. Однако важно отметить, что, «размыкая» цепь, мы можем контролировать, будет ли течь ток.Этот полезный подход позволяет нам, например, включать и выключать свет на настенных выключателях.

Практическая задача : Определите, в каком направлении будет течь ток в простой замкнутой цепи, показанной ниже.


Решение: Мы узнали, что по соглашению мы интерпретируем ток как поток положительного заряда от положительного (положительно заряженного) вывода к отрицательному (отрицательно заряженному). Батарея в простой схеме выше ориентирована так, чтобы положительный полюс находился слева.Таким образом, ток будет течь против часовой стрелки

Практическая задача : Будет ли протекать ток в цепи ниже? Почему или почему нет?

Решение : Хотя эта схема немного сложнее, чем простые схемы, которые мы видели до сих пор, мы можем применить те же принципы, которые мы уже использовали. Помните, что ток течет только тогда, когда есть проводящий путь от более высокого напряжения (положительный вывод источника питания) к более низкому напряжению (или заземление — отрицательный вывод).В этом случае обратите внимание, что оба переключателя, выделенные ниже, разомкнуты, поэтому ток не может достичь отрицательной клеммы. Таким образом, в этой цепи не течет ток.

Электрическая цепь — токовая, последовательная, проточная и параллельная

Электрическая цепь — это система проводящих элементов, предназначенная для управления траекторией электрического тока для определенной цели. Цепи состоят из источников электроэнергии , таких как генераторы и батареи; элементы, которые преобразуют, рассеивают или накапливают эту энергию, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности; и соединительные провода.Цепи часто включают предохранитель или автоматический выключатель для предотвращения перегрузки по мощности.

Устройства, подключенные к цепи, подключаются к ней одним из двух способов: последовательно или параллельно . Последовательная цепь образует единый путь для прохождения тока, в то время как параллельная цепь образует отдельные пути или ответвления для прохождения тока. Параллельные цепи имеют важное преимущество перед последовательными цепями. Если устройство, подключенное к последовательной цепи, выходит из строя или выключается, цепь разрывается, и другие устройства в цепи не могут потреблять энергию.Отдельные пути параллельной цепи позволяют устройствам работать независимо друг от друга, поддерживая цепь, даже если одно или несколько устройств выключены.

Первая электрическая цепь была изобретена Алессандро Вольта в 1800 году. Он обнаружил, что может производить постоянный поток электричества , используя чаши с солевым раствором , соединенные металлическими полосками . Позже он использовал чередующиеся диски из , меди, , цинка и картона, которые были пропитаны солевым раствором, чтобы создать свою гальваническую батарею (ранняя батарея ).Прикрепив провод, идущий сверху вниз, он заставил электрический ток течь по своей цепи. Первое практическое использование схемы было в электролизе , что привело к открытию нескольких новых химических элементов. Георг Ом (1787-1854) обнаружил, что некоторые проводники имеют большее сопротивление, чем другие, что влияет на их эффективность в цепи. Его знаменитый закон гласит, что напряжение на проводнике, деленное на ток, равно сопротивлению, измеренному в Ом .Сопротивление вызывает нагрев в электрической цепи, что часто нежелательно.

Электронная силовая цепь

— обзор

Мост 3-фазного преобразователя

Это одна из наиболее универсальных силовых электронных схем, применяемая до высоких уровней мощности и часто использующая сдвоенный преобразователь, как описано в разделе 7.3. Он образует связь между переменным током. и d.c. системы с потоком мощности в любом направлении. Он используется в H.V.D.C. системы передачи с преобразователем на каждом конце d.c. линия передачи. Для приводов он обеспечивает регулируемый постоянный ток. Подача напряжения для инверторов источника тока, а также для больших синхронных машин, возбуждаемых на опережающий коэффициент мощности, с частотами их инверторов, управляемыми переключением положения вала, так что скорость изменяется в зависимости от напряжения, как в случае постоянного тока. машина. Циклоконвертер — еще один пример, поскольку он фактически имеет один сдвоенный преобразователь на фазу, на этот раз формирующий прямой переменный ток. связь между системами разной частоты. Все эти приложения имеют общие черты обеспечения прямого и обратного потока мощности и использования естественной коммутации, которая позволяет использовать тиристоры, как указано в разделе 7.6.

Моделирование таких систем гораздо сложнее, чем для схемы на рисунке E.8.1, однако для постоянного тока. привод, показанный на рисунке 7.10, это моделирование было достигнуто путем решения нескольких простых уравнений вида: ν x = f ( R x , L x , i x ), после логической проверки почти 100 возможных конфигураций цепей, возникающих в результате действия переключающих элементов.Более сложное моделирование приведено в ссылке 14. Однако этот рисунок охватывает многие практические аспекты работы преобразователя и предназначен для иллюстрации различных режимов машины / преобразователя в качестве помощи для понимания, поскольку из-за форм сигналов работа не очень проста. удовлетворительно объяснить увлеченному студенту без такой симуляции. Показанная схема предназначена для схемы без циркуляции тока со всеми управляемыми тиристорами, логического контроля, чтобы гарантировать, что только один мост может быть активирован одновременно, и требует короткого «мертвого» времени между переключениями моста.Существуют другие схемы, в которых, чтобы избежать «мертвого» времени, мосты срабатывают вместе, но при этом углы задержки срабатывания α 1 и α 2 суммируются до 180 °, так что средние напряжения моста одинаковы, чтобы предотвратить любой постоянный ток ток, циркулирующий между ними. Из-за формы волны мгновенные напряжения не равны, поэтому существует переменный ток. циркулирующий ток, который должен ограничиваться дополнительными индукторами. Существуют более простые схемы, в которых используется меньшее количество управляемых выпрямителей, и более сложные схемы, использующие вдвое больше тиристоров и дающие 12-пульсное выходное напряжение для уменьшения гармоник на H.V.D.C. системы.

Выбор схем и типа машины для конкретного привода в значительной степени определяется экономическими соображениями, но технически при наличии такого большого количества высокопроизводительных электронных переключателей и микроэлектронных элементов управления можно спроектировать любую желаемую характеристику привода.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *