Содержание
Опасность электрического тока и другие опасные свойства электричества и техника безопасности
Электрический ток нагревает проводник, по которому течёт. Поэтому:
1. Если бытовая электрическая сеть испытывает перегрузку, изоляция постепенно обугливается и осыпается. Возникает возможность короткого замыкания, которое очень опасно.
2. Электрический ток, протекая по проводам и бытовым приборам, встречает сопротивление, поэтому «выбирает» путь с наименьшим сопротивлением.
3. Если происходит короткое замыкание, сила тока резко возрастает. При этом выделяется большое количество тепла, способное расплавить металл.
4. Короткое замыкание может произойти и из-за влаги. Если в случае с коротким замыканием происходит пожар, то в случае с воздействием влаги на электроприборы в первую очередь страдает человек.
5. Удар электричеством очень опасен, вероятен смертельный исход. При протекании электрического тока через организм человека, сопротивление тканей резко уменьшается. В организме происходят процессы нагревания тканей, разрушения клеток, отмирания нервных окончаний.
Как обезопасить себя от поражения электрическим током
Чтобы обезопасить себя от воздействия электрического тока, используют средства защиты от поражения электрическим током: работают в резиновых перчатках, используют резиновый коврик, разрядные штанги, устройства заземления аппаратуры, рабочих мест. Автоматические выключатели с тепловой защитой и защитой по току, так же являются не плохим средством защиты от поражения током, способным сохранить жизнь человека. Когда я не уверен в отсутствии опасности поражения электрическим током, при выполнении не сложных операций в электрощитовых, блоках аппаратуры, я как правило работаю одной рукой, а другую руку ложу в карман. Тем самым исключается возможность поражения током по пути рука-рука, в случае случайного прикосновения к корпусу щита, или другим массивным заземлённым предметам.
Для тушения пожара, возникшего на электрооборудовании используют только порошковые или углекислотные огнетушители. Порошковые тушат лучше, но после засыпания аппаратуры пылью из огнетушителя, эту аппаратуру не всегда возможно восстановить.
Работа и мощность электрического тока
В каждой замкнутой цепи в обязательном порядке имеет место двойное преобразование энергии. В источнике тока совершается видоизменение какой-либо энергии (например, в генераторе — механической) в электрическую, а в цепи тока она опять превращается в равносильное количество энергии иного вида. Мера превращения в цепи тока электроэнергии в какие-либо иные виды энергии — величина работы тока.
Но мы понимаем, что работа и мощность электрического тока является работой электрических сил поля, перемещающих заряды; поэтому ее легко подсчитать.
Работа по переносу электрического заряда в электрическом поле оценивается произведением величины перенесенного заряда на величину разности потенциалов между точками в начале и конце переноса, т.е. на величину напряжения:
A = qU.
Очевидно, что это соотношение может быть применимо и для оценки таких понятий, как работа и мощность электрического тока. О величине заряда, протекшего в цепи, мы можем судить по току, текущему в цепи, и времени его протекания, так как q = It.
Используя такое соотношение, мы получаем формулу, выражающую величину работы тока на отдельном участке цепи, имеющем напряжение U:
A = UIt.
Работа и мощность электрического тока измеряются следующим образом: если измерять ток в амперах, время работы в секундах, а напряжение в вольтах, то работу — в джоулях (Дж).
Таким образом, 1 джоуль = 1 ампер х 1 вольт х 1 секунду.
Мощность измеряется ваттами (Вт):
1 ватт = 1 джоуль/1 секунда, или 1 ватт = 1 вольт х 1 ампер.
Вопрос о подсчете величины работы тока на этом участке совершенно не связан с вопросом о том, в какой вид энергии превратится на данном участке электрическая энергия. Эта работа является мерой электроэнергии, превращенной в другие виды.
Электрический ток, выполняя работу, может накалять нить электролампы, плавить металлы, вращать якорь электродвигателя, вызывать химические превращения и т.д. Во всех случаях работа и мощность электрического тока определяют уровень преобразования электроэнергии в иные формы – механическую энергию, энергию теплового движения и т.д.
Зная, что мощность P = A/t, можно получить формулу, с помощью которой рассчитывается мощность тока на отдельном участке цепи:
P = UI.
Работа и мощность постоянного тока могут быть вычислены при помощи этих формул, а также при помощи амперметра, вольтметра. На практике работу электрического поля измеряют специальным прибором – счетчиком. Проходя через счетчик, внутри него начинает совершать обороты легкий алюминиевый диск, и его скорость вращения будет прямо пропорциональна силе тока и напряжению. Число оборотов, которое он сделает за определенное время, поможет сделать выводы о совершенной за это время работе. Счетчики электроэнергии можно увидеть в каждой квартире.
Мощность тока измеряют, используя специальный прибор – ваттметр. В устройстве этого прибора совмещаются принципы вольтметра и амперметра.
На многих электрических приборах и технических устройствах указывается их мощность. Например, мощность лампочки накаливания может быть 25 Вт, 75 Вт и др., мощность пылесоса или утюга около 1000 Вт, мощность электродвигателей может достигать очень больших значений – до нескольких тысяч киловатт. При этом имеют в виду мощность тока, который проходит через тот или иной прибор.
Работа и мощность переменного тока рассчитываются иначе. Так, для вычисления работы, совершаемой переменным током за определенный промежуток времени, можно воспользоваться формулой:
P = 1/2I₀U₀ cos φ. Зачастую эту формулу записывают в таком виде: P = IU cos φ, где I и U – значения напряжения и силы тока, которое в 2 раза меньше соответствующих амплитудных значений.
Формула вычисления мощности переменного тока будет такой же, как и для постоянного.
Единицы энергии и работы:
1 ватт-секунда = 1 Дж 1 ватт-час = 3600 Дж;
1 гектоватт-час = 360000 Дж;
1 киловатт-час = 3600000дж.
Единицы мощности:
1 ампер-вольт = 1 Вт;
1 гектоватт = 100 Вт;
1 киловатт = 1000 Вт.
fb.ru
Направление и величина электрического тока. Количество электричества
Мы неоднократно подчеркивали, что электроны в электрическом поле перемещаются от точек с более низким потенциалом к точкам с более высоким потенциалом. Следовательно, и в электрической цепи, показанной на рис. 1, электроны движутся от отрицательного полюса источника электрической энергии к положительному: поэтому следовало бы считать, что электрический ток идет от минуса (—) к плюсу ( + ).
Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь
Однако до объяснения электрических явлений с точки зрения электронной теории, т. е. когда природа электрического тока не была достаточно изучена, полагали, что ток идет от положительного полюса источника к отрицательному.
Чтобы не менять этого установившегося и прочно вошедшего в практику положения, решили сохранить такую условность и считать, что ток идет от плюса к минусу, как показано на рис. 2. В действительности же в металлических проводниках ток проходит в обратном направлении.
Рисунок 2. Направление движения электронов в проводнике и направление тока
С ростом напряженности внешнего электрического поля увеличивается сила, действующая на электроны в проводнике. Электроны начинают перемещаться по проводнйку быстрее, а значит, увеличивается количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени.
Для характеристики интенсивности движения электрических зарядов в проводниках вводится понятие о силе тока или токе.
Определение: Силой тока называется количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени.
Сила тока (ток) обозначается буквой I или i.
Если за время t через поперечное сечение проводника прошло количество электричества q, то ток в проводнике можно определить по формуле:
За единицу тока принимается ампер (сокращенно обозначается буквой А). В ГОСТ приведено следующее определение этой основной электрической единицы: «ампер — сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямоугольным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2*10-7 единицы силы на каждый метр длины».
Следует подчеркнуть, что ампер — единственная основная электрическая единица. Все остальные единицы, используемые при электрических и магнитных измерениях, определяются через четыре основные единицы Международной системы единиц (метр — килограмм — секунда — ампер).
Единица измерения тока названа по имени французского физика и математика Андре Мари Ампера (1775—1836), открывшего закон взаимодействия электрических токов и предложившего новую гипотезу для объяснения магнитных свойств вещества.
В радиотехнике часто приходится иметь дело с токами, величина которых в тысячи и даже миллионы раз меньше одного ампера. Такие токи измеряются в миллиамперах (сокращенно обозначается мА или mА) или в микроамперах (сокращенно обозначается мкА или μА). Миллиампер одна тысячная доля ампера, т. е.
1 мА = 0,001 А, или 1 А = 1000 мА.
Микроампер — это одна миллионная доля ампера или одна тысячная доля миллиампера, т. е.
1 мкА = 0,001 мА = 0,000001 А.
Полезно запомнить также следующие соотношения:
1 мА= 1000 мкА = 0,001 А; 1 А = 1000 мА = 1 000 000 мкА.
При рассмотрении вопросов взаимодействия зарядов мы сказали, что количество электричества измеряется в кулонах. При этом количество электричества в 1 кулоне соответствует приблизительно общему заряду 6 • 1018 электронов. Сейчас можно дать более строгое определение кулона:
Определение: кулон — это количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в течение 1 секунды при неизменяющемся токе в 1 ампер.
Эта единица количества электричества часто называется ампер-секундой (сокращенное обозначение А-с). На практике количество электричества измеряется в ампер-часах (А-ч).
Если известен ток I в проводнике, то количество электричества q, прошедшее через поперечное сечение проводника за время t, можно определить по формуле:
где q — в кулонах; I— в амперах; t — в секундах.
Для измерения тока в цепи применяются приборы, называемые амперметрами. Амперметр включается в цепь так, чтобы через него проходил весь измеряемый им ток (рис. 3).
Рисунок 3. Схема включения амперметра в электрическую цепь. Б — источник напряжения; PA — амерметр; EL — нагрузка (лампа).
Похожие материалы:
- Протекание тока
- Электрический ток в металлических проводниках
- Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии
- Электрическое сопротивление проводника. Электрическая проводимость
- Электрический ток в электролитах
- Ток смещения в диэлектрике
- Электрический ток в полупроводниках
- Электрический ток в газах
Работа и мощность электрического тока
Формула мощности (Р) электрического тока напрямую зависит от его работы (А). Под работой тока подразумевается преобразование электрической энергии в механический, тепловой, световой или иной ее вид. Величина данного процесса напрямую зависит от времени его протекания, силы тока и напряжения в сети. Это можно выразить следующей формулой – А=IxUxt. Произведение (IxU) является ничем иным как мощностью. Следовательно, чем выше напряжение или сила тока в сети, тем большую мощность имеет электрический ток и большую работу он может совершить за единицу времени. Формула мощности электрического тока имеет следующий вид – Р=А/t или Р=IxU.
Работа электрического тока формулаФормула мощности электрического тока
Поэтому, если необходимо вычислить, какую работу производит ток, протекая по цепи в течение определенного времени, необходимо умножить мощность на временной промежуток, выраженный в секундах. Рассмотрим применение формул расчета работы и мощности электрического тока на примере электрического двигателя, подключенного к сети 220 В, а сила тока, измеренная амперметром для этого участка, составила 10А.
Р (мощность двигателя) = 10А (сила тока) х 220В (напряжение в сети) = 2200 Вт = 2,2 кВт.
Зная данный показатель, а также реальное или предполагаемое время функционирования электродвигателя можно определить какую работу он совершит за этот отрезок времени или другим словами сколько будет потрачено электроэнергии. Если двигатель был включен, например, 1 час, то можно найти искомое значение.
А (работа, совершенная двигателем) = 2,2 кВт (мощность) х 1 (время работы в часах) = 2,2 кВт ч. Именно этот показатель будет отражен на приборе учета расхода электроэнергии.
Исходя из того, что электрический ток является физическим процессом, то какой-либо его неизвестный параметр можно определить, зная его остальные характеристики. Приведем наиболее распространенные формулы для определения характеристик электрической цепи применяемые в электротехнике.
Мощность
- P= U* I
- P= R* I2
- P = U2/ R
В заключение отметим, что приведенная информация справедлива для цепей с постоянным электрическим током. Формулы, применяемые для расчета характеристик переменного тока, будут отличаться за счет введения дополнительных переменных и характеристик свойственных данному типу электричества.
https://youtube.com/watch?v=MdDENv5vsJc
Джоуль.
Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). Имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.
Другие единицы измерения
Джоуль, как единица измерения:
Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ), названная в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля.
Джоуль как единица измерения имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.
В классической физике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной 1 (одному) ньютону (Н), на расстояние одного метра в направлении действия силы.
Дж = Н · м = кг · м2 / с2.
1 Дж = 1 Н · 1 м = 1 кг · 1 м2 / 1 с2.
В электричестве джоуль означает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт (В) для поддержания силы тока в 1 ампер (А). Это энергия, которая выделится за 1 секунду при прохождении тока через проводник силой тока 1 ампер (А) при напряжении 1 вольт (В).
В Международную систему единиц джоуль введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году, одновременно с принятием системы СИ в целом. В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы джоуль пишется со строчной буквы, а её обозначение – с заглавной (Дж). Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях других производных единиц, образованных с использованием джоуля.
Представление джоуля в других единицах измерения – формулы:
Через основные единицы системы СИ джоуль выражается следующим образом:
Дж = Н · м
Дж = кг · м2 / с2.
Дж = Вт / с.
Дж = А2 · Ом · с.
Дж = В2 · с / Ом.
Дж = Кл · В.
где А – ампер, В – вольт, Дж – джоуль, Кл – кулон, м – метр, Н – ньютон, с – секунда, Вт – ватт, кг – килограмм, Ом – ом.
Перевод в другие единицы измерения:
1 Дж ≈ 6,24151 ⋅ 1018 эВ
1 МДж = 0,277(7) кВт · ч
1 кВт · ч = 3,6 МДж
1 Дж ≈ 0,238846 калориям
1 калория (международная) = 4,1868 Дж
1 килограмм-сила-метр (кгс·м) = 9,80665 Дж
1 Дж ≈ 0,101972 кгс·м
Кратные и дольные единицы:
Кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.
| Кратные | Дольные | ||||||
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 Дж | декаджоуль | даДж | daJ | 10−1 Дж | дециджоуль | дДж | dJ |
| 102 Дж | гектоджоуль | гДж | hJ | 10−2 Дж | сантиджоуль | сДж | cJ |
| 103 Дж | килоджоуль | кДж | kJ | 10−3 Дж | миллиджоуль | мДж | mJ |
| 106 Дж | мегаджоуль | МДж | MJ | 10−6 Дж | микроджоуль | мкДж | µJ |
| 109 Дж | гигаджоуль | ГДж | GJ | 10−9 Дж | наноджоуль | нДж | nJ |
| 1012 Дж | тераджоуль | ТДж | TJ | 10−12 Дж | пикоджоуль | пДж | pJ |
| 1015 Дж | петаджоуль | ПДж | PJ | 10−15 Дж | фемтоджоуль | фДж | fJ |
| 1018 Дж | эксаджоуль | ЭДж | EJ | 10−18 Дж | аттоджоуль | аДж | aJ |
| 1021 Дж | зеттаджоуль | ЗДж | ZJ | 10−21 Дж | зептоджоуль | зДж | zJ |
| 1024 Дж | иоттаджоуль | ИДж | YJ | 10−24 Дж | иоктоджоуль | иДж | yJ |
Интересные примеры:
Дульная энергия пули при выстреле из автомата Калашникова – 2030 Дж.
Энергия, необходимая для нагрева 1 литра воды от 20 до 100 °C, составляет 3,35⋅105 Дж.
Энергия, выделяемая при взрыве 1 тонны тринитротолуола (тротиловый эквивалент), – 4,184⋅109 Дж.
Примечание: Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
Найти что-нибудь еще?
карта сайта
формула энергии закон джоуля ленца можно тепловой 1 м дж джоуль ленц закон равен 2 2 равен единица теплота масса тела сила количество теплоты работа кинетическая энергия в джоулях в секунду 10 5 8 6 20 200 100 виды сколько степени джоулейкилоджоули скорость в джоули в кг килограммы 3 4 джоуля
Коэффициент востребованности
5 394
Принцип работы катушки с магнитом
Протекающий ток через катушку вызывает появление переменного магнитного потока. Он, в свою очередь, оказывает на магниты выталкивающую силу, которая заставляет рамку с двумя разнополярными магнитами крутиться. Таким образом, источники электрической энергии служат узлом для движения авто.
Обратный процесс, когда рамка с магнитом вращается внутри обмоток, за счет кинетической энергии позволяет преобразовывать переменный магнитный поток в ЭДС катушек. Далее в цепи установлены стабилизаторы напряжения, обеспечивающие требуемые показатели питающей сети. По этому принципу вырабатывается электричество в гидроэлектростанциях, теплоэлектростанциях.
ЭДС в цепи появляется и в обычной замкнутой цепи. Она существует до тех пор, пока к проводнику приложена разность потенциалов. Электродвижущая сила нужна для описания характеристики источника энергии. Физическое определение термина звучит так: ЭДС в замкнутой цепи пропорциональна работе сторонних сил, осуществляющих перемещение одиночного положительного заряда через всё тело проводника.
Формула E = I*R — сопротивление учитывается полное, складывающееся из внутреннего сопротивления источника питания и результатов сложения сопротивления питаемого участка цепи.
Потенциальная энергия
Эта физическая характеристика является частью полной механической энергии. Описывает расположение тела в силовом поле (источнике силы). Причём эта величина может давать оценку только для целой системы. Она бесполезна для характеристики отдельных точек. При этом оценивается не величина, а ее изменение.
Единицей измерения является Дж или Эрг. Наиболее часто применяемые графические обозначения – U, Ep, W.
Различают следующие типы потенциальной энергии:
- в пределах земного притяжения;
- в зоне действия электростатических полей;
- в системах механической природы.
Для тела, расположенного поблизости от земной поверхности, формула имеет вид:
Ер = m*g*h,
где:
- m – масса;
- g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2);
- h – высота центра массы тела над нулевым уровнем.
Уровень нуля можно выбирать произвольно.
Электрически заряженная материальная точка, имеющая потенциал φ(r→), находясь в зоне электростатического поля, обладает потенциальной энергией Ер. Она вычисляется с помощью выражения:
Ер = qp* φ(r→),
где qp – электрический заряд, которым эта точка обладает.
В механических системах при упругих деформациях тела разные его точки взаимодействуют между собой. Такие взаимодействия можно охарактеризовать потенциальной энергией.
Упругая деформация может быть записана как:
Ep = k*(∆x)2/2.
Здесь k – это жёсткость (упругость), ∆x – величина смещения от равновесного положения.
Регулирование источника
Для обеспечения постоянного значения уровня выходного напряжения, не зависящего от потребляемого нагрузкой тока и колебаний входного переменного напряжения, все современные источники питания постоянного тока имеют ступень стабилизации и регулирования.
В ней выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) значением.
При появлении различия между ними вырабатывается управляющий сигнал, который по цепи управления изменяет величину выходного напряжения. Величину значения опорного напряжения можно изменять в широких пределах, имея на выходе регулированного источника питания постоянного тока необходимое для работы напряжение.
Производные единицы мощности и работы
Формула мощности электрического тока
Базовой мощностной измерительной единицей в международной системе СИ является ватт (Вт). Один ватт – это такая мощность, когда в течение одной секунды ток выполняет работу, равную одному джоулю. Посредством иных измерительных единиц ватт может быть выражен так:
- 1 Вт = 1 м2 *1кг/1с3 (квадратный метр, килограмм и кубическая секунда, соответственно);
- 1 Вт = 1 Н *1м/с (ньютон и метр в секунду);
- 1 Вт = 1 Дж/1 с (джоуль и секунда) – прямо следует из приведенного определения единицы.
Также ватту эквивалентна российская внесистемная единица – вольт-ампер (В*А).
Кратными производными мощностными величинами являются:
- гектоватт – он равен одной сотне ватт;
- киловатт – равен тысяче ватт.
Такие крупные единицы используют при конструировании железнодорожных электропоездов и производстве электрической энергии. Есть и мелкие дольные единицы, например, микроватт (1 мкВт = 10-6 Вт), они применяются при изготовлении электрокардиографов и электроэнцефалографов. Еще более мелкие единицы – пиковатты и нановатты, их применяют в радиоэлектронной промышленности. Один нановатт (нВт) равен 10-9 Вт, а один пиковатт (пВт) – 10-12 Вт.
Еще одной внесистемной величиной является лошадиная сила (л.с.), равная 735,5 ватт. В российской промышленности она официально вышла из употребления, но фактически все еще имеет хождение в тех сферах, где применяются двигатели внутреннего сгорания.
Соотношение между джоулем и киловатт-часом может быть выражено через промежуточные единицы:
- джоуль эквивалентен одной ватт-секунде;
- 60 ватт-секунд составляют 1 ватт-минуту, которая, в свою очередь, равна 60 джоулям;
- 60 ватт-минут равны 3600 джоулям или 1 ватт-часу;
- сотня ватт-часов равна одному гектоватт-часу (360000 джоулей);
- тысяча ватт-часов составляет один киловатт-час (3600000 джоулей).
Для измерения мощности используется цифровой ваттметр
Работа и мощность тока
Электрическая энергия легко преобразуется в другие виды энергии — механическую, химическую, световую, внутреннюю энергию вещества, что широко применяется в промышленности и в быту.
Мерой изменения энергии электрического тока служит работа источника тока, создающего и поддерживающего электрическое поле в цепи.
Стационарное электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называют работой тока. Работа электрического тока на участке цепи, как следует из определения напряжения,
где q — электрический заряд, проходящий по участку цепи, а U — напряжение на участке.
Учитывая, что q = It, где I — сила тока в проводнике, а t — время прохождения электрического тока, для работы тока получим
Если R — сопротивление однородного участка цепи, то, используя закон Ома для участка цепи, можно получить формулу для расчета работы тока:
Если участок цепи не является однородным, то работу совершает не только стационарное электрическое поле, но и сторонние силы, и полная работа определяется по формуле
По вышеприведенным формулам можно рассчитать полную работу тока на данном участке цепи.
Если в цепи есть электродвигатель, то энергия электрического тока, во-первых, расходуется на совершение механической работы — полезная работа Ameh, во-вторых, затрачивается на нагревание обмоток электродвигателя и соединительных проводов — теряемая энергия. В этом случае коэффициент полезного действия можно рассчитать как
Говоря о коэффициенте полезного действия источника тока, под полезной работой подразумевают работу, совершаемую во внешней цепи постоянного тока:
Затраченная же работа источника тока равна работе сторонних сил:
где \(~\varepsilon = I (R + r)\).
Тогда \(~A_z = I^2 (R + r) t\) .
КПД источника \(~\eta = \frac{A_p}{A_z} = \frac{IUt}{I \varepsilon t} = \frac{U}{\varepsilon} = \frac{R}{R + r}\), где U — напряжение во внешней цепи (напряжение на полюсах источника тока). Графическая зависимость η = f(R) при r = const приведена на рис. 1.
Единица работы электрического тока в СИ — джоуль (Дж). 1 Дж представляет работу тока, эквивалентную механической работе в 1 Дж.
Измеряют работу электрического тока счетчиками.
Скорость совершения работы тока на данном участке цепи характеризует мощность тока. Мощность тока определяют по формуле \(~P = \frac At\) или P = IU.
Используя закон Ома для участка цепи, можно записать иначе формулу для мощности тока\. В этом случае речь идет о тепловой мощности.
Единица мощности тока — ватт: 1 Вт = Дж/с. Отсюда Дж = Вт·с.
Кроме того, применяют внесистемные единицы: киловатт-час или гектоватт-час: 1 кВт·ч = 3,6·106 Дж = 3,6 МДж; 1 гВт·ч = 3,6·105 Дж = 360 кДж.
Для измерения мощности тока существуют специальные приборы — ваттметры.
Преобразование тока
Поскольку электрическая мощность выражается произведением напряжения на силу тока, то из закона сохранения энергии следует: если при передаче одной и той же мощности напряжение повысить, сила тока пропорционально уменьшится, и наоборот.
Преобразованием напряжения переменного тока занимается специальное устройство — трансформатор. В самом простом виде он состоит из двух обмоток, надетых на магнитопровод.
Магнитное поле, возбуждаемое в первичной обмотке, наводит ЭДС во вторичной (закон электромагнитной индукции) и величина ее соотносится с напряжением на выводах первичной обмотки так же, как число витков в обмотках.
Если, к примеру, первичная обмотка содержит 300 витков, и на нее подается переменное напряжение с действующим значением 220 В, то в цепи вторичной обмотки со 150-ю витками возникнет ЭДС в 110 В, то есть в 2 раза меньшая. Поскольку мощность останется практически постоянной (потерями на нагрев и перемагничивание сердечника пренебрегаем), то сила тока в цепи вторичной катушки окажется, наоборот, вдвое выше тока в первичной катушке.
Потому вторичные обмотки понижающих трансформаторов наматывают проводом большего сечения, чем первичные. С повышающим трансформатором все происходит с точностью до наоборот. Снижение силы тока за счет увеличения напряжения применяется при передаче электроэнергии на значительные расстояния.
Сгенерированный электростанцией ток напряжением 10-20 кВ преобразуют находящейся тут же подстанцией, поднимая напряжение до сотен кВ.
В населенных пунктах напряжение снова понижают местными трансформаторными подстанциями, уже до 220 В, и в таком виде электроэнергия поступает в распределительную сеть.
Наибольшей величины этот параметр достигает на ЛЭП «Экибастуз — Кокчетав» — 1,15 МВ (мегавольт). При этом многократно падает сила тока, а поскольку работа тока в проводнике, состоящая в его нагреве, выражается формулой W = I2 * R (R — сопротивление проводника), то и потери значительно сокращаются.
Мощность электрического тока
Работа, произведенная в единицу времени, называется мощностью и обозначается буквой P.
Из этой формулы имеем:
A = P × t.
Единица измерения мощности:
1 (Дж/сек) иначе называется ваттом (Вт). Подставляя в формулу мощности выражение для работы электрического тока, имеем:
P = U × I (Вт).
Формула мощности электрического тока может быть выражена также через потребляемый ток и сопротивление потребителя:
Кроме ватта, на практике применяются более крупные единицы измерения электрической мощности. Электрическая мощность измеряется в:
100 Вт = 1 гектоватт (гВт); 1000 Вт = 1 киловатт (кВт); 1000000 Вт = 1 мегаватт (МВт).
Электрическая мощность измеряется специальным прибором – ваттметром. Ваттметр имеет две обмотки (катушки): последовательную и параллельную. Последовательная катушка является токовой и включается последовательно с нагрузкой на участке цепи, где производятся измерения, а параллельная катушка – это катушка напряжения, она соответственно включается параллельно этой нагрузке. Принцип действия ваттметра основан на взаимодействии двух магнитных потоков создаваемых током, протекающим по обмотке подвижной катушки (токовой катушки), и током, проходящим по неподвижной катушке (катушке напряжения). При прохождении измеряемого тока по обмотке подвижной и неподвижной катушек образуются два магнитных поля, при взаимодействии которых подвижная катушка стремится расположится так, чтобы направление ее магнитного поля совпадало с направлением магнитного поля неподвижной катушки. Вращающему моменту противодействует момент, созданный спиральными пружинками, через которые в подвижную катушку проводится измеряемый ток. Противодействующий момент пружинок прямо пропорционален углу поворота катушки. Стрелка, укрепленная на подвижной катушке, указывает значение измеряемой величины. Схема включения ваттметра показана на рисунке 2.
| Рисунок 2. Схема включения ваттметра |
Если вы решили измерить потребляемую мощность, какой либо имеющейся у вас нагрузки, и при этом у вас отсутствует ваттметр, вы можете “изготовить” ваттметр своими руками. Из формулы P = I × U видно, что мощность, потребляемую в сети, можно определить, умножив ток на напряжение. Поэтому для определения мощности, потребляемой из сети, следует использовать два прибора, вольтметр и амперметр. Измерив амперметром потребляемый ток и вольтметром напряжение питающей сети, необходимо показание амперметра умножить на показание вольтметра.
Так, например, мощность, потребляемая сопротивлением r, при показании амперметра 3 А и вольтметра 220 В будет:
P = I × U = 3 × 220 = 660 Вт.
Для практических измерений электрической работы (энергии) джоуль является слишком мелкой единицей.
Если время t подставлять не в секундах, а в часах, то получим более крупные единицы электрической энергии:
1 Дж = 1 Вт × сек; 1 Вт × ч = 3600 ватт × секунд = 3600 Дж; 100 Вт × ч = 1 гектоватт × час (гВт × ч); 1000 Вт × ч = 1 киловатт × час (кВт × ч).
Электрическая энергия измеряется счетчиками электрической энергии.
Видео 1. Работа и мощность электрического тока
Видео 1. Работа и мощность электрического тока
Видео 2. Еще немного о мощности
Пример 1. Определить мощность, потребляемую электрическим двигателем, если ток в цепи равен 8 А и двигатель включен в сеть напряжением 220 В.
P = I × U = 8 × 220 = 1760 Вт = 17,6 гВт = 1,76 кВт.
Пример 2. Какова мощность, потребляемая электрической плиткой, если плитка берет из сети ток в 5 А, а сопротивление спирали плитки равно 24 Ом?
P = I 2 × r = 25 × 24 = 600 Вт = 6 гВт = 0,6 кВт.
При переводе механической мощности в электрическую и обратно необходимо помнить, что 1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт; 1 киловат (кВт) = 1,36 л. с.
Пример 3. Определить энергию, расходуемую электрической плиткой мощностью 600 Вт в течение 5 часов.
A = P × t = 600 × 5 = 3000 Вт × ч = 30 гВт × ч = 3 кВт × ч
Пример 4. Определить стоимость горения двенадцати электрических ламп в течение месяца (30 дней), если четыре из них по 60 Вт горят по 6 часов в сутки, а остальные восемь ламп по 25 Вт горят по 4 часа в сутки. Цена за энергию (тариф) 2,5 рубля за 1 кВт × ч.
Мощность четырех ламп по 60 Вт.
P = 60 × 4 = 240 Вт.
Число часов горения этих ламп в месяц:
t = 6 × 30 = 180 часов.
Энергия, расходуемая этими лампами:
A = P × t = 240 × 180 = 43200 Вт × ч = 43,2 кВт × ч.
Мощность остальных восьми ламп по 25 Вт.
P = 25 × 8 = 200 Вт.
Число часов горения этих ламп в месяц:
t = 4 × 30 = 120 часов.
Энергия, расходуемая этими лампами:
A = P × t = 200 × 120 = 24000 Вт × ч = 24 кВт × ч.
Общее количество расходуемой энергии:
43,2 + 24 = 67,2 кВт × ч
Стоимость всей потребленной энергии:
67,2 × 2,5 = 168 рублей.
