Формула расчета мощности электрического тока

При проектировании любых электрических цепей выполняется расчет мощности. На его основе производится выбор основных элементов и вычисляется допустимая нагрузка. Если расчет для цепи постоянного тока не представляет сложности (в соответствии с законом Ома, необходимо умножить силу тока на напряжение – Р=U*I), то с вычислением мощности переменного тока – не все так просто. Для объяснения потребуется обратиться к основам электротехники, не вдаваясь в подробности, приведем краткое изложение основных тезисов.

Полная мощность и ее составляющие

В цепях переменного тока расчет мощности ведется с учетом законов синусоидальных изменений напряжения и тока. В связи с этим введено понятие полной мощности (S), которая включает в себя две составляющие: реактивную (Q) и активную (P). Графическое описание этих величин можно сделать через треугольник мощностей (см. рис.1).

Под активной составляющей (Р) подразумевается мощность полезной нагрузки (безвозвратное преобразование электроэнергии в тепло, свет и т. д.). Измеряется данная величина в ваттах (Вт), на бытовом уровне принято вести расчет в киловаттах (кВт), в производственной сфере – мегаваттах (мВт).

Реактивная составляющая (Q) описывает емкостную и индуктивную электронагрузку в цепи переменного тока, единица измерения этой величины Вар.

Рис. 1. Треугольник мощностей (А) и напряжений (В)

В соответствии с графическим представлением, соотношения в треугольнике мощностей можно описать с применением элементарных тригонометрических тождеств, что дает возможность использовать следующие формулы:

• S = √ P 2 +Q 2 , – для полной мощности;
• и Q = U*I*cos⁡ φ , и P = U*I*sin φ – для реактивной и активной составляющих.

Эти расчеты применимы для однофазной сети (например, бытовой 220 В), для вычисления мощности трехфазной сети (380 В) в формулы необходимо добавить множитель – √ 3 (при симметричной нагрузке) или суммировать мощности всех фаз (если нагрузка несимметрична).

Для лучшего понимания процесса воздействия составляющих полной мощности давайте рассмотрим «чистое» проявление нагрузки в активном, индуктивном и емкостном виде.

Активная нагрузка

Возьмем гипотетическую схему, в которой используется «чистое» активное сопротивление и соответствующий источник переменного напряжения. Графическое описание работы такой цепи продемонстрировано на рисунке 2, где отображаются основные параметры для определенного временного диапазона (t).

Емкостная нагрузка

Как видно на рисунке 3, график характеристик емкостной нагрузки несколько отличается от активной.

Индуктивная нагрузка

Представленный ниже график демонстрирует характер «чистой» индуктивной нагрузки. Как видим, изменилось только направление мощности, что касается наращения, оно равно нулю.

Негативное воздействие реактивной нагрузки

В приведенных выше примерах рассматривались варианты, где присутствует «чистая» реактивная нагрузка. Фактор воздействия активного сопротивления в расчет не принимался. В таких условиях реактивное воздействие равно нулю, а значит, можно не принимать его во внимание. Как вы понимаете, в реальных условиях такое невозможно. Даже, если гипотетически такая нагрузка бы существовала, нельзя исключать сопротивление медных или алюминиевых жил кабеля, необходимого для ее подключения к источнику питания.

Реактивная составляющая может проявляться в виде нагрева активных компонентов цепи, например, двигателя, трансформатора, соединительных проводов, питающего кабеля и т.д. На это тратится определенное количество энергии, что приводит к снижению основных характеристик.

Реактивная мощность воздействует на цепь следующим образом:

• не производит ни какой полезной работы;
• вызывает серьезные потери и нештатные нагрузки на электроприборы;
• может спровоцировать возникновение серьезной аварии.

Именно по этому, производя соответствующие вычисления для электроцепи, нельзя исключать фактор влияния индуктивной и емкостной нагрузки и, если необходимо, предусматривать использование технических систем для ее компенсации.

Расчет потребляемой мощности

В быту часто приходится сталкиваться с вычислением потребляемой мощности, например, для проверки допустимой нагрузки на проводку перед подключением ресурсоемкого электропотребителя (кондиционера, бойлера, электрической плиты и т. д.). Также в таком расчете есть необходимость при выборе защитных автоматов для распределительного щита, через который выполняется подключение квартиры к электроснабжению.

В таких случаях расчет мощности по току и напряжению делать не обязательно, достаточно просуммировать потребляемую энергию всех приборов, которые могут быть включены одновременно. Не связываясь с расчетами, узнать эту величину для каждого устройства можно тремя способами:

1. обратившись к технической документации устройства;
2. посмотрев это значение на наклейке задней панели; Потребляемая мощность прибора часто указывается на тыльной стороне
3. воспользовавшись таблицей, где указано среднее значение потребляемой мощности для бытовых приборов.

Таблица значений средней потребляемой мощности

При расчетах следует учитывать, что пусковая мощность некоторых электроприборов может существенно отличаться от номинальной. Для бытовых устройств этот параметр практически никогда не указывается в технической документации, поэтому необходимо обратиться к соответствующей таблице, где содержатся средние значения параметров стартовой мощности для различных приборов (желательно выбирать максимальную величину).

Пожаловалась бабушка соседка снизу: подарили мне дети моющий пылесос. Он прекрасно работает, но откуда-то идет запах гари.

Пошел смотреть. Проводка у нас старая: лапша из алюминия 2,5 квадрата. А пылесос потребляет 2,5 kW. Прикинул, как работает формула расчета мощности по току и напряжению для этого случая.

Разделил 2500 ватт на 220 вольт. Получил чуть больше 11 ампер. Наши провода держат нагрузку 22 А. Имеем практически двойной резерв потоку. Другие потребители при уборке отключены.

Стали проверять и нюхать: запах около квартирного щитка. Открыл, осмотрел: шина сборки ноля в саже, на одной перемычке горелая изоляция. Винт крепления ослаблен. Вот и причина начала возгорания. Исправил.

На этом примере я показываю, что всегда надо оценивать мощность потребления электроприборов и возможности проводки с защитными устройствами. Об этом рассказываю ниже.

Что такое мощность в электричестве: просто о сложном

Вспомнилась былина об Илье Муромце, когда он приложил всю свою мощь к соловью разбойнику. У бедолаги сразу посыпались искры из глаз, как пламя с верхней картинки на проводке с неправильным монтажом.

Простыми словами: мощность в электричестве — это силовая характеристика энергии, которой оценивают, как способности генераторных установок ее вырабатывать, так возможности потребителей и транспортных магистралей.

Все эти участки должны быть точно смонтированы и налажены для обеспечения безопасной работы. Как только в любом месте возникает неисправность, так сразу развивается авария во всей схеме.

Если говорить о домашнем электрическом оборудовании, то приходится постоянно соблюдать баланс между:

1. включенными в сеть приборами;
2. конструкцией проводов и кабелей;
3. настройкой защитных устройств.

Только комплексное решение этих трех вопросов может обеспечить безопасность проводки и жильцов.

Как рассчитать электрическую мощность в быту

Формулы расчета мощности в электричестве позволяют выполнить качественную оценку безопасности каждого из перечисленных выше пунктов.

Пользоваться ими не сложно. Я уже приводил в предыдущих статьях шпаргалку электрика, где они помещены в наглядной форме для цепей постоянного тока.

Они полностью справедливы для активной составляющей мощности переменного тока, совершающей полезную работу. Кстати, кроме нее есть еще и бесполезная — реактивная, связанная с потерями энергии. Ее описанию посвящен второй раздел.

Такие вычисления удобно делать с помощью онлайн калькулятора. Он избавляет от рутинных математических вычислений и арифметических ошибок.

При любом из способов для расчета активной мощности требуется знать две из трех электрических величин:

Как измерить электрическую мощность дома

Существует еще одна возможность оценки активной мощности: ее измерение в действующей схеме специальными приборами: ваттметрами.

Точные замеры может обеспечить промышленный лабораторный ваттметер. Он изготавливается как прибор, работающий на аналоговых сигналах,так и с помощью цифровых технологий.

В бытовой проводке точные вычисления не нужны. Для нее выпускаются различные виды более простых ваттметров.

Популярностью пользуются приборы, которые можно вставить в розетку и подключить к ним шнур питания от потребителя, включить их в работу и сразу снять показания на дисплее в ваттах.

Их так и называют: ваттметр розетка. Они измеряют чисто активную мощность переменного тока.

Такие приборы избавляют электрика от выполнения сложных операций под напряжением, когда требуется замерять:

• действующее напряжение;
• силу тока;
• угол сдвига фаз между векторами тока и напряжения.

Потом все данные дополнительно требуется вводить в формулу расчета мощности по току и напряжению, делать по ней вычисления.

Этот метод можно упростить, если внимательно наблюдать за показаниями электрического счетчика индукционной системы с вращающимся диском. Он считает совершенную работу: потребленную мощность за определенную время.

Однако скорость вращения диска как раз и характеризует величину потребления. Надо просто посчитать сколько раз он обернется за минуту и перевести в ватты по табличке, расположенной на корпусе.

Почему реактивное сопротивление схемы влияет на мощность переменного тока

Синусоидальная гармоника напряжения, поступая на резистивное сопротивление, изменяет величину тока без его отклонения на комплексной плоскости.

Такой ток совершает полезную работу с минимальными потерями энергии, вырабатывая активную мощность. Частота колебания сигнала не оказывает на нее никакого влияния.

Сопротивление конденсатора и индуктивности зависит от частоты гармоники. Его противодействие отклоняет направление тока на каждом из этих элементов в разные стороны.

Такие процессы связаны с потерей части энергии на бесполезные преобразования. На них расходуется мощность Q, которую называют реактивной.Ее влияние на полную мощность S и связь с активной P удобно представлять графически прямоугольным треугольником.

Захотелось его нарисовать на фоне оборудования из нагромождений фарфора и металла, где пришлось поработать довольно долго. Отвлекся. Не судите за это строго.

Сравните его с опубликованным мною ранее треугольником сопротивлений. Находите общие черты?

Ими являются геометрические пропорции фигуры, описывающие их формулы и угол φ, определяющий потери полной мощности. Перехожу к их более подробному рассмотрению.

Формулы расчета мощности для однофазной и трехфазной схемы питания

В идеальном теоретическом случае трехфазная схема состоит из трех одинаковых однофазных цепей. На практике всегда есть какие-то отклонения. Но, в большинстве случаев при анализах ими пренебрегают.

Поэтому рассматриваем вначале наиболее простой вопрос.

Графики и формулы под однофазное напряжение

Как работает резистор

На чисто резистивном сопротивлении синусоиды тока и напряжения совпадают по углу, направлены на каждом полупериоде одинаково.Поэтому их произведение, выражающее мощность, всегда положительно.

Его значение в произвольный момент времени t называют мгновенным, обозначая строчной буквой p.

Среднее значение мощности в течение одного периода называют активной составляющей. Ее график для переменного тока имеет фигуру симметричного всплеска с максимальным значением Pm в середине каждого полупериода Т/2.

Если взять половину его величины Pm/2 и провести прямую линию в течении одного периода Т, то получим прямоугольник с ординатой P.

Его площадь равна двум площадям графиков активной составляющих одного любого полупериода. Если посмотреть на картинку внимательнее, то можно представить, что верхняя часть всплеска отрезана,перевернута и заполнила свободное пространство внизу.

Представление этого графика помогает запомнить, что на активном сопротивлении мощность постоянного и переменного тока вычисляется по одной формуле, не меняет своего знака.

На резисторе не создается реактивных потерь.

Как работает индуктивность

Катушка с обмоткой своими витками запасает энергию магнитного поля. Благодаря процессу ее накопления индуктивное сопротивление отодвигает вперед на 90 градусов вектор тока относительно приложенного напряжения на комплексной плоскости.

Перемножая их мгновенные величины получаем значения мощности, которое за один период меняет знаки (направление) в каждом полупериоде.

Частота изменения мощности на индуктивности в два раза выше,чем у ее составляющих: синусоид тока и напряжения. Она состоит из двух частей:

1. активной, обозначаемой индексом PL;
2. реактивной QL.

Реактивная часть на индуктивности создается за счет постоянного обмена энергией между катушкой и приложенным источником. На ее величину влияет значение индуктивного сопротивления XL.

Как работает конденсатор

Емкость конденсатора постоянно накапливает заряд между своими обкладками. За счет этого происходит сдвиг вектора тока вперед на 90 градусов относительно приложенного напряжения.

График мгновенной мощности напоминает вид предыдущего, но начинается с отрицательной полуволны.

Реактивная составляющая, выделяемая на конденсаторе, зависит от величины емкостного сопротивления XC.

Как работает реальная схема со всеми видами сопротивлений

В чистом виде приведенные выше графики и выражения встречаются не так часто. На самом деле передача электроэнергии и ее работа на переменном токе связаны с комплексным преодолением сил электрического сопротивления резисторов, конденсаторов и индуктивностей.

Причем, какая-то из этих составляющих будет преобладать. Для таких случаев преобразования электрической энергии в мгновенную мощность могут иметь один из следующих видов.

На верхней картинке показан случай, когда вектор тока отстает от приложенного напряжения, а на нижней — опережает.

В обоих случаях величина активной составляющей уменьшается от значения полной на значение, выражаемое как cosφ. Поэтому его принято называть коэффициентом мощности.

Как работает схема трехфазного электроснабжения

На ввод распределительного щита многоэтажного здания поступает трехфазное напряжение от электроснабжающей организации, вырабатываемое промышленными генераторами.

Его же, за отдельную плату, при желании может подключить владелец частного дома, что многие и делают. При этом рабочая схема и диаграмма напряжений выглядит следующим образом.

В старой системе заземления TN-C она выполняется четырехпроводным подключением, а у новой TN-S — пятипроводным с добавлением защитного РЕ проводника. Его на этой схеме я не показываю для упрощения.

Каждую из фаз при работе необходимо стараться нагружать одинаково равными по величине токами. Тогда в домашней проводке будет создаваться наиболее благоприятный оптимальный режим без опасных перекосов энергии.

В этом случае формула расчета мощности по току и напряжению для трехфазной схемы может быть представлена простой суммой аналогичных формул для составляющих однофазных цепей.

А поскольку они все идентичные, то их просто утраивают.

Например, когда активная мощность фазы В имеет выражением Рв=Uв×Iв×cosφ, то для всей трехфазной схемы она будет выражена следующей формулой:

Если пометить фазное выражение буквой ф. например Pф, томожно записать:

Аналогично будет вычисляться реактивная составляющая

Поскольку P и Q представляют величины катетов прямоугольного треугольника, то гипотенузу или полную составляющую можно вычислить как квадратный корень из суммы их квадратов.

Как учитывается трехфазная полная мощность

В энергосистеме, да и в частном доме, требуется анализировать подключенные нагрузки, равномерно распределять их по источникам напряжений.

С этой целью работают многочисленные конструкции измерительных приборов. На щитах управления подстанций расположены щитовые ваттметры и варметры, предназначенные для работы в разных долях кратности.

Старые аналоговые приборы показаны на этой картинке.

Для того, чтобы не путаться в записях вычислений введены разные наименования единиц. Они обозначаются:

• ВА — (русское), VA (международное) вольтампер для полной величины мощности;
• Вт —(русское), var (международное) ватт —активной;
• вар (русское), var (международное) — реактивной.

Аналоговые приборы измеряют только активную или реактивную составляющую, а полную величину необходимо вычислять по формулам.

Многие современные цифровые приборы способны осуществлять эту функцию автоматически.

Видеоурок Павла Виктор дополняет мой материал. Рекомендую посмотреть.

Калькулятор мощности для своих

Здесь вы можете выполнить вычисления онлайн без использования формул и арифметических действий. Просто введите ваши исходные данные в таблицу и жмите кнопку “Рассчитать ток”.

А в заключение напоминаю, что для ваших вопросов создан раздел комментариев. Задавайте их, я отвечу.

Иногда можно услышать такой простой вопрос: «какая мощность в розетке?». Ответ, как ни странно, чаще всего такой: 10 ампер. Или – 220 вольт. Понятно, что вопрос – дурацкий. Но и объяснение не лучше – «А на розетке так написано».

Мощность и ток

Если правильно отвечать на поставленный вопрос, то для читателей, прогуливающих в детстве уроки физики, можно сказать, что мощность электричества зависит от двух величин:

• величины напряжения;
• силы тока.

В общем, эти две величины определяют величину мощности как переменного, так и постоянного тока. Память может подсказать что-то типа: для участка цепи, для полной цепи. Это отголоски того же школьного учебника физики, где говорится о законе Ома.

Да, этот знаменитый закон и позволяет рассчитать мощность электрического тока. Конечно, школьная программа представляла этот закон для цепей постоянного тока, но суть от этого не меняется. Формула вечная и неизменная: P = U х I.

Перефразируя закон ома в простой язык, получаем простой ответ на вопрос о мощности в розетке: сила тока зависит от нагрузки.

Сила тока и приложенная нагрузка

Тривиальное понятие этого тезиса позволит не производить элементарных действий, постоянно совершаемых нами, или окружающими нас людьми:

• включать один электрический удлинитель в другой, втыкая в оба все доступные вилки от разных, иногда достаточно мощных, потребителей электроэнергии;
• подключать к севшему аккумулятору автомобиля другой, соединяя их проводами от старой электропроводки;
• наращивать провода от электрического чайника кабелем с витой парой;
• устанавливать в гараже нагреватель, мощностью 5 квт, подключая его к обыкновенной розетке.

Аналогичные примеры неграмотных действий можно приводить до бесконечности. Человеческая беспечность не знает границ. Чтобы больше не допускать подобных ошибок, давайте разберем как правильно производить расчет электрической мощности.

Чайник и электрическая мощность

Не забивая головы простейшими формулами (есть дела и поважнее этого), запомним простое соотношение, достаточное для применения его в быту. Точность его не соответствует формуле расчета, но позволяет помнить, что: 1 квт электроэнергии – это приблизительно 5 ампер тока в сети 220 вольт.

Таким образом, становится понятно, что электрический чайник, включенный в кухонную розетку, потребляет около 5 ампер тока. А лампа накаливания, мощностью 100 Вт – в десять раз меньше: 0,5 ампера. Конечно, такие примитивные знания нужны для домохозяек, расчет мощности электрического тока производится по формулам.

Необходимость расчетов мощности

Человек мало сталкивается с необходимостью проведения расчетов (мощностей постоянного электрического тока) в быту. Чаще всего такая необходимость возникает при ремонте автомобиля, где источником тока служит аккумулятор. Или какой-то продвинутый пользователь начинает подбирать новый кулер для своего процессора в компьютере.

Чаще возникает необходимость провести элементарные расчеты при ремонтных работах в квартире, при подборе сгоревшего блока питания и пр.

Расчет мощности электрического тока по формулам

Существует формула расчета электрического тока для однофазной и трехфазной сети. Вряд ли кто-то захочет и сможет ими воспользоваться – разбираться что такое cosφ при замене электрической проводки в доме или квартире нецелесообразно.

Реально можно произвести все необходимые расчеты в режиме онлайн. Интернет набит разными таблицами, соответствующими графиками и калькуляторами. Для очень нуждающихся читателей можно добавить, что сечение кабеля для осветительной сети — 1,5 кв. мм. А для электропитания розеток применяется кабель сечением 2,5 кв. мм.

Остальные расчеты, требующиеся при производстве электромонтажных работ в различных областях деятельности – лучше доверить специалистам, которые в своей работе используют различные приборы: амперметры, вольтметры, индикаторы фазы, измерители сопротивления изоляции, измерители сопротивления заземления и пр.

Ремонт и строительство домов и квартир, особенности расчетов

Чтобы произвести расчет электропроводки в квартире недостаточно произвести подбор сечения электрических проводов. В электрическом щите устанавливаются и электрические автоматы, и защитные устройства и электрический счетчик. Эти установочные изделия также подбираются и рассчитываются при разработке проекта электропитания, в котором производится также расчет количества и параметров устройств защитного заземления.

Для расчетов и подбора видов электропроводки, использующейся при изготовлении удлинителей, организации временных схем электропитания, необходимо понимать, что силовые кабели для однофазной и трехфазной цепи различны по количеству жил, условиям прокладки, токовым нагрузкам и прочим параметрам.

При использовании кабелей и проводов необходимо учитывать и материал изготовления токопроводящих жил.

Наличие в загородном доме, даче трехфазных потребителей электроэнергии, таких как скважинный насос, электродвигатели, сварочное оборудование, требует при подборе кабелей электропроводки учитывать их пусковые токи. А при выборе электрического счетчика электроэнергии – активную и реактивную составляющую в потребляемой мощности, если предполагается постоянная работа трехфазного оборудования.

“>

Расчет электрической мощности

Добавлено 1 октября 2020 в 09:01

Сохранить или поделиться

Формула расчета мощности

Мы видели формулу для определения мощности в электрической цепи: умножая напряжение в «вольтах» на ток в «амперах», мы получаем ответ в «ваттах». Давайте применим ее на примере схемы:

Рисунок 1 – Пример электрической схемы

Как использовать закон Ома для определения силы тока

В приведенной выше схеме мы знаем, что у нас напряжение батареи 18 В и сопротивление лампы 3 Ом. Используя закон Ома для определения силы тока, мы получаем:

\[I = \frac{E}{R} = \frac{18 \ В}{3 \ Ом} = 6 \ А\]

Теперь, когда мы знаем силу тока, мы можем взять это значение и умножить его на напряжение, чтобы определить мощность:

\[P = IE = (6 \ А)(18\ В) = 108 \ Вт\]

Это говорит нам о том, что лампа рассеивает (выделяет) 108 Вт мощности, скорее всего, в виде света и тепла.

Увеличение напряжения батареи

Давайте попробуем взять ту же схему и увеличить напряжение батареи, чтобы посмотреть, что произойдет. Интуиция подсказывает нам, что с увеличением напряжения ток в цепи будет увеличиваться, а сопротивление лампы останется прежним. Таким же образом, увеличится и мощность:

Рисунок 2 – Пример электрической схемы

Теперь напряжение аккумулятора составляет 36 вольт вместо 18 вольт. Лампа по-прежнему обеспечивает для прохождения тока электрическое сопротивление 3 Ом. Теперь сила тока равна:

\[I = \frac{E}{R} = \frac{36 \ В}{3 \ Ом} = 12 \ А\]

Это понятно: если I = E/R, и мы удваиваем E, а R остается прежним, сила тока тоже должна удвоиться. Так и есть: теперь у нас сила тока 12 ампер, вместо 6 А. А что насчет мощности?

\[P = IE = (12 \ А)(36\ В) = 432 \ Вт\]

Как повышение напряжения батареи влияет на мощность?

Обратите внимание, что мощность, как мы могли догадаться, увеличилась, но она увеличилась немного больше, чем ток.2R\]

Резюме

• Мощность измеряется в ваттах, которые обозначается как «Вт».
• Закон Джоуля: P = I²R; P = IE; P = E²/R

Оригинал статьи:

Теги

Закон ДжоуляЗакон ОмаМощностьОбучениеРассеиваемая мощностьСхемотехникаЭлектрический токЭлектрическое напряжениеЭлектричество

Сохранить или поделиться

Constant-Current — Электрический ток в физике

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 .

Тогда .

КПД источника , где U — напряжение во внешней цепи (напряжение на полюсах источника тока). Графическая зависимость η = f(R) при r = const приведена на рис. 1.

Рис. 1

Единица работы электрического тока в СИ — джоуль (Дж). 1 Дж представляет работу тока, эквивалентную механической работе в 1 Дж. 1 Дж = Кл·В = А·В·с.

Измеряют работу электрического тока счетчиками.

Скорость совершения работы тока на данном участке цепи характеризует мощность тока. Мощность тока определяют по формуле 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.

Как рассчитать необходимую мощность электрического щита

Зачем это нужно?

Расчёт мощности щитка необходимо выполнить для:

• оптимального распределения нагрузки в существующих однофазных сетях с учётом сечения кабеля;
• равномерного распределения нагрузки по фазам в трехфазной сети;
• обнаружения «узких мест» сети для последующей модернизации;
• подбора кабеля нужного диаметра для прокладки новой проводки; 
• подбора защитного оборудования;
• определения уровня затрат на электроэнергию.

Как видно из перечня, расчёт мощности является основополагающим при построении электросети и сборке электрощита.  

Теоретическая основа расчётов

Номинальная мощность электроприборов обычно указывается на шильдике на приборе или же в паспорте к нему. Если же мощность не указана, но есть показатель тока, то для расчёта применяется следующая формула:

P=I∙U, Вт

где I – сила тока, А 

U – напряжение в сети, В

Для определения суммарной мощности группы потребителей на одной линии применяется следующая формула:

Р_расч=К_с(Р₁+Р₂+Р₃+…+Р_n), Вт

Где с — коэффициент спроса,

Р₁, Р₂, Р₃, Р_n— номинальные мощности отдельных приборов, Вт

Коэффициент спроса указывает на возможность одновременного включения всех приборов линии. При одновременном включении всех устройств К_с=1. На практике это происходит редко, поэтому для жилых помещений коэффициент спроса принят на уровне 0,8 для 2х потребителей, 0,75 для 3х и 0,7 – 5 и более. 

Также при расчётах мощности нужно учитывать соотношение реактивной и активной составляющих сопротивления нагрузки (cos φ, Вт / ВА). 

Поэтому формула полной расчетной мощности будет выглядеть так:

S_p=Р_расч / cos φ , ВА

Где cos φ — коэффициент мощности. 

При расчёте мощности для жилого помещения этот коэффициент принимают равным 0,95 – 0,98. Если же планируется подключение приборов с большим индуктивным сопротивлением (например, компрессор, насос, электродрель, перфоратор), то в расчет нужно закладывать cos φ равный 0,8.

Именно этот показатель нужно использовать при построении сети, распределении нагрузки на фазы. Также на основании полученных данных производится вычисление расчётной величины силы тока:

I_расч=S_Р / U, А

На основании этого показателя происходит подбор сечения кабеля для проводки, а также защитной автоматики для установки в щиток.

Пример расчёта мощности электрощита

Разберём подробнее расчёт на следующем примере.

Допустим, нужно подключить к щиту кухню, на которой предполагается использовать следующие приборы:

• электропечь с духовкой, 8800 Вт;
• микроволновка, 2200 Вт;
• чайник, 2000 Вт;
• мультиварка, 1000 Вт;
• тостер, 750 Вт;
• вытяжка, 400 Вт;
• холодильник, 250 Вт.

Произведём расчёт общей мощности помещения. Для этого складываем показатели мощности всех приборов:

Р_общ=8800+2200+2000+1000+750+400+250=15400 (Вт)

К линии планируется подключать все приборы, поэтому коэффициент спроса примем К_с=0,7. Расчётная мощность составит:

Р_расч=15400∙0,7=10780 (Вт)

Из перечня электроприборов видно, что в их числе нет устройств с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому cos φ можно взять одинаковый для всех – 0,98. Уточнить этот показатель для каждого прибора можно по справочным таблицам. Полная расчётная мощность с учётом cos φ составит:

S_Р=10780 / 0,98=11000 (ВА)

Также необходимо сделать вычисление силы тока:

I_расч=11000 / 220=50 (А)

Вычисленные показатели используются для определения входящей мощности электрического щита, а также для определения параметров для вводного автомата и защитных устройств на вводе.  

Также нужно сделать вычисления по каждому отдельному потребителю. Это потребуется для равномерного распределения всех потребителей по фазам, определения нагрузки на каждую отдельную линию и подбор защитной автоматики для каждой из линий. Это удобно сделать в табличном документе Excel. 

Мощных потребителей нужно выводить отдельной линией соответствующего сечения кабеля и установкой на неё специальной силовой розетки и автомата подходящего по номиналу. Обычно для подключения розеток используется кабель сечением 2,5 мм² и устанавливаются автоматические выключатели на 16 А. Поэтому нагрузку на розеточные линии следует распределить так, чтобы не превышать эти значения. В противном случае будет происходить постоянное срабатывание защитного автомата. При установке автомата большим номиналом будет происходить перегрузка проводки, что приведет к её перегреву и опасно возгоранием. 

В таблице цветами выделены отдельные линии, которые нужно предусмотреть при проектировании щита для подключения всех потребителей.  

Расчёт мощности щитка должен в обязательном порядке выполняться при проектировании проводки и самого щита. Без этих вычислений высока вероятность неэффективного использования или перегрузки линий электросети.

Оцените новость:

Электрическая мощность. Краткие определения. Расчет и формула мощности.

Электрическая мощность

— физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является ватт (русское обозначение: Вт, международное: W).

Обозначается литерой — P.

Формулы расчета электрической мощности:

P = U * I P — мощность в ваттах, U — напряжение в вольтах, I — Ток в амперах.

P = I2 * R P — мощность в ваттах, I — ток в амперах, R — сопротивление нагрузки в омах

P = U2 / R P — мощность в ваттах, U — напряжение в вольтах, R — сопротивление нагрузки в омах

Пример расчета.

Мы имеем в однофазной сети 220 вольт кабельную линию защищенную автоматом с номинальным током 16 ампер. Соответственно, максимальный электропотребитель, который мы можем запитать через эту кабельную линию — 3520 Ватт ( 220 вольт умноженны на 16 Ампер).

Либо у нас есть электрический обогреватель на 2 кВт (2000 ватт) при включении его в розетку его потребляемый ток (ток в цепи) будет 9,1 Ампер.

Мощность установленная и расчетная в чем разница.

Часто на схемах энергоснабжения и в пояснениях встречаются понятия установленной и расчетной мощности.

Установленная мощность — P

у — максимальная потребляемая мощность электроприбора. 

Расчетная мощность (расчетная нагрузка) Р_р — это установленная мощность с определенным коэффициентом спроса К, которые можно посмотреть в СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа»

Расчетная мощность относится не конкретно к какому-либо электропотребителю, а к группе потребителей.

Примеры для понимания:

1. У нас есть три потребителя — 4х комфорочная электроплита, телевизор, люстра, бра.

Установленная мощность — это сумма максимальной потребляемой мощности всех этих электроприборов. То есть мощность включенной со всеми комфорками электроплиты + люстра + телевизор + бра.

Но поскольку, мы редко включаем все потребители полностью, для расчетов используется расчетная мощность групп потребителей, которая  всегда меньше установленной мощности, за исключением уличного освещения.

2. В многоквартирном доме 100 квартир-студий, в каждой из которых по одному светильнику на 20 Вт. В данном случае Р_у = 2000 Вт.

Но в связи с тем, что вероятность включения светильников во всех квартирах одновременно низка, для расчетов используются определенные коэффициенты и Р_р = Р_у * К

Как рассчитать уравнение Ватт

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Крис Дезиел

Ватты — это единицы измерения мощности в системе СИ (метрические единицы), и вычислить мощность обычно несложно. Однако есть два способа сделать это, в зависимости от того, говорите ли вы о механической или электрической энергии.

Уравнение ватт для электрической цепи учитывает напряжение в цепи В , измеренное в вольтах, и ток I , измеренный в амперах, проходящий через нее.В механике определение мощности — это скорость выполнения работы Вт . Он определяется как Вт / т , где т — время, необходимое для завершения работы. Чтобы получить результат в ваттах, работу необходимо выражать в джоулях, а время — в секундах.

Что такое ватт?

Понятие мощности было введено Джеймсом Ваттом, шотландским изобретателем, более известным своими работами над паровыми двигателями. Он задумал мощность как произведение силы F и скорости v , и это определение мощности до сих пор остается в силе.Другими словами, если вы продолжаете прикладывать силу F к телу, пока оно движется со скоростью v , затраченная мощность составит

P = F × v

Ватт провел все свои измерения. используя английские единицы измерения, он изобрел мощность, которую он определил как мощность, необходимую для подъема груза весом 33 000 фунтов на один фут каждую минуту.

Когда международное научное сообщество приняло метрическую систему, ватт, будучи единицей работы или энергии с течением времени, стал равен джоуля в секунду.Поскольку работа W равна силе F , умноженной на расстояние d , джоуль равен ньютон-метру, потому что ньютоны — это единицы силы. Таким образом, 1 ватт равен 1 ньютон-метру в секунду.

Уравнение ватт в механике

Для расчета мощности в ваттах можно использовать любое из следующих уравнений, при условии, что все величины выражены в метрических единицах MKS (метры, килограммы, секунды).

P = F × v \\ P = \ frac {W} {t}

Если вы проводите измерения в системе CGS (сантиметры, граммы, секунды), сила выражается в динах, а работа — в эргах.Вы должны преобразовать их в ньютоны и джоули, чтобы получить результат в ваттах. Вот коэффициенты преобразования:

Результат можно также выразить в киловаттах (кВт). Формула киловатта: 1 кВт = 1000 Вт.

Ватты как единицы электрической мощности

Формула мощности для цепи с напряжением В и током I составляет

P = V × I

Вы можете использовать закон Ома, чтобы выразить либо напряжение, либо ток через сопротивление R в цепи: В = I × R .2} {R}

После проведения измерений вам не нужно делать расчеты самостоятельно. Вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором. В Ресурсах есть один такой калькулятор.

Чтобы получить результат в ваттах, вы должны выразить напряжение в вольтах, ток в амперах и сопротивление в омах. Таким образом, ватт может быть выражен в следующих единицах:

1 ватт = 1 вольт-ампер = 1 ампер ² -ohm = 1 вольт ² / ohm.

Понимание мощности усилителя — Джефф Серый Компьютерщик

Мощность усилителя, вероятно, является наиболее непонятым параметром усилителей и динамиков, которым злоупотребляют.Тем не менее, это часто первый (и, возможно, единственный) параметр, на который обращают внимание при покупке усилителя или колонок.

Менеджеры по маркетингу усугубляют путаницу, используя такие термины, как RMS-мощность, непрерывная средняя мощность, музыкальная мощность, пиковая мощность, динамическая мощность, максимальная мощность и т. Д.

Понимание мощности усилителя поможет понять термины, которые часто используются (и злоупотребляют) для описания мощности усилителя. Эта статья объяснит, что такое мощность усилителя, а что нет. В следующих статьях будет рассказано, как производители усилителей измеряют мощность, что такое мощность динамиков и как согласовывать их с вашими усилителями и динамиками.Прежде всего, нам нужно понять мощность усилителя.

Мощность усилителя рассчитывается, а не измеряется

Вольтметр измеряет напряжение в вольтах. Амперметр измеряет ток в амперах (амперах). Омметр измеряет сопротивление в омах. Любые два из этих измерений позволят рассчитать мощность усилителя (в ваттах). К сожалению, это означает использование математики и формул. Я постараюсь сделать это простым и использовать только одну формулу. Если вам нравятся формулы и вы хотите понять, как взаимосвязаны мощность, напряжение, ток и сопротивление, вы можете прочитать мои статьи о законе об электроэнергии и сопротивлении.В противном случае примите следующую формулу:

Мощность = квадрат напряжения, деленный на сопротивление.

Давайте воспользуемся этой формулой на простом примере. Допустим, у вас есть усилитель, подключенный к нагрузке 5 Ом (я использовал 5 Ом, чтобы упростить вычисления — обычно это 4 Ом или 8 Ом для динамика). При постоянном входном синусоиде вы измеряете 10 вольт переменного тока на выходе динамика усилителя. Поскольку вы знаете сопротивление (5 Ом) и напряжение (10 вольт), вы можете рассчитать мощность:

Мощность = (10 умножить на 10) разделить на 5 = 100/5 = 20 Вт.

Просто а?

Общие сведения об измерениях переменного тока

Ну, это был простой пример. На самом деле все не так просто по ряду причин. Основная сложность заключается в том, что выходной сигнал не является постоянным уровнем, поскольку входной сигнал не является постоянным уровнем. Начнем с простого ввода синусоидальной волны. На выходе также будет синусоида, например:

.

Как видите, вход и выход не постоянны. Он постоянно поднимается и опускается, положительный и отрицательный.Это относится к любому сигналу переменного тока (переменного тока). Но когда вы измеряете его измерителем, вы получаете постоянное напряжение. Это потому, что измеритель показывает действующее значение напряжения.

RMS означает среднеквадратическое значение (о котором вы теперь можете забыть). Это математический термин, обозначающий рабочее напряжение. Это расчет для определения эквивалентного теплового эффекта постоянного напряжения. Не нужно слишком увлекаться тем, как определяется среднеквадратичное значение, просто помните, что это эффективное рабочее напряжение.Это также напряжение, которое измеряет ваш счетчик. Это 70,7% от пикового напряжения.

Это относится ко всем измерениям переменного тока. Например, в некоторых странах розетка на 120 вольт переменного тока — это среднеквадратичное напряжение. Синусоидальная волна 120 вольт переменного тока изменяется от +169,5 вольт до -169,5 вольт или от пика до пика (p-p) напряжения 339 вольт. 70,7% от 169,5 вольт дает среднеквадратичное напряжение 120 вольт. В странах, где используется 230 вольт, пиковое напряжение составляет +/- 325,3 вольт.

Измерительный усилитель напряжения и тока

Хорошо, теперь мы знаем, что RMS — это эффективное рабочее напряжение (и ток) переменного тока.Как это помогает нам понять мощность усилителя? Рад, что ты спросил.

В нашем простом примере выше мы измерили среднеквадратичное значение 10 В на выходе усилителя. Это означает, что выходное напряжение фактически упало с +14,14 вольт до -14,14 вольт. 70,7% от 14,14 вольт — это 10 вольт.

Расчет мощности усилителя

А теперь самое интересное. Ранее мы говорили, что мощность равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление. Это верно в любой точке синусоидальной волны. Итак, если мы возьмем значение напряжения (показано синим) и возведем его в квадрат (умножим на само), а затем разделим на постоянное сопротивление (5 Ом), мы получим выходную мощность, как показано оранжевым:

Пара замечаний по этому графику:

• Во-первых, мощность переменного тока не бывает положительной или отрицательной.Это всегда положительно. Поэтому расчет RMS не применяется.
• Во-вторых, мощность составляет 40 Вт от пика до пика. Однако нельзя сказать, что мощность усилителя составляет 40 Вт, потому что это только на пиках каждой синусоидальной волны, а не в любое другое время.

Вы можете использовать мой калькулятор мощности, напряжения и тока усилителя, чтобы легко увидеть среднеквадратичные и пиковые значения для вашего усилителя на основе его технических характеристик.

Теперь посмотрим на среднеквадратичные значения. В нашем примере мы знаем, что среднеквадратичное напряжение составляет 10 вольт.Ранее мы видели, что 10 в квадрате равно 100, а 100, разделенное на 5, дает расчетную мощность 20 Вт. Посмотрим, что произойдет, если мы добавим это к нашему графику:

Средняя длительная мощность

Правильно, эффективная рабочая мощность составляет половину пиковой мощности. Фактически это среднее значение синусоидальной волны мощности. Средняя мощность — это уровень мощности, который усилитель должен обеспечивать непрерывно. Следовательно, она известна как средняя продолжительная мощность. В технических характеристиках следует использовать среднюю непрерывную мощность для определения мощности усилителя.«Непрерывная мощность» — это сокращенный термин «средняя продолжительная мощность». Оба термина относятся к (средней) непрерывной мощности или устойчивой мощности, которую усилитель может производить с указанной нагрузкой.

Во многих спецификациях мощности усилителя вы увидите, что это называется мощностью RMS . Это неправильный термин (потому что технически такого понятия не существует). Хотя при расчете мощности используется среднеквадратичное значение напряжения (и / или среднеквадратичный ток, если вы используете другие формулы), результатом является просто «мощность», а не среднеквадратичная мощность.Как показано на графике выше, это средняя продолжительная мощность. Однако для большинства спецификаций усилителей вы можете рассматривать среднеквадратичную мощность (хотя и неправильный термин) для обозначения средней продолжительной мощности.

Пиковая мощность

К сожалению, маркетологи не любят говорить, что их усилитель имеет мощность всего 20 Вт, когда они считают, что могут честно сказать, что максимальная мощность составляет 40 Вт. Что бы вы купили: усилитель на 20 Вт или усилитель на 40 Вт? При рассмотрении мощности усилителя сравнивайте яблоки с яблоками — всегда используйте среднюю непрерывную мощность или неверно названную среднеквадратичную мощность (неправильный термин, но правильное значение мощности).

Однако можно сказать, какова пиковая мощность усилителя. В нашем примере это пиковая мощность 40 Вт. Но пиковая мощность всегда должна сопровождаться фразой «пиковая мощность» или чем-то подобным. Пиковая мощность часто обозначается как мгновенная мощность . Иногда динамическая мощность также используется для описания пиковой мощности.

Важно помнить, что эти описания относятся к максимальной мощности, которую усилитель может выдать всего за долю секунды.Они не указывают на реальную долговременную мощность, которую усилитель способен выдавать. Это все равно, что сказать, что вы можете лететь на метр в воздухе, потому что вы можете прыгнуть на метр в воздухе — на короткое время. Вы не можете постоянно «летать» на метр в воздухе, точно так же, как усилитель может постоянно производить свою пиковую мощность.

ПМПО

Пиковая выходная мощность музыки или Пиковая мощность музыки (PMP) — это маркетинговый термин, который редко имеет какое-либо сходство с реальностью. Я предпочитаю говорить, что PMPO означает пиковую выходную мощность маркетинга.Это термин, который используют маркетологи, чтобы представить свои усилители очень мощными. Нижний сегмент рынка (например, более дешевые компьютерные колонки и портативные музыкальные шкатулки), как правило, используют PMPO. Если бы я проявил щедрость, я бы сказал, что они приходят к значению PMPO, беря пиковую мощность, умножая ее на количество каналов, а затем умножая на какой-то неизвестный маркетинговый коэффициент от 10 до 1000. Например, маркировка на коробка на этом изображении (название бренда удалено) утверждает, что у этого устройства PMPO составляет 15 000 Вт!

Примечания к мощности усилителя

Мощность усилителя

— не единственная спецификация, на которую следует обратить внимание при выборе системы.Возможно, это даже не такой важный фактор, как вы думаете. Например, разница уровней между 60 и 80 Вт составляет чуть более 1 дБ, что не очень много. Для увеличения уровня на 3 дБ вам необходимо удвоить мощность усилителя. Но это не означает, что громкость будет увеличена вдвое, для этого вам нужно иметь в 10 раз больше мощности! Подробнее об этом читайте в статье «Двойная мощность усилителя не увеличивает громкость вдвое».

Если ваша цель — добиться максимальной громкости системы, вам также необходимо обратить внимание на чувствительность динамиков.Использование динамика с чувствительностью 91 дБ по сравнению с динамиком с чувствительностью 85 дБ дает усиление на выходе динамика 6 дБ для того же сигнала. Эта статья о чувствительности динамика содержит более подробную информацию.

Проверка мощности усилителя синусоидой — серьезное испытание для усилителя. По сути, усилитель постоянно работает на 100% мощности. Синусоидальная волна не является обычным повседневным сигналом. Музыка и речь имеют много периодов ниже максимального уровня и даже пауз. Поэтому при нормальном использовании усилитель не будет подвергаться таким сильным нагрузкам, как при нагрузочных испытаниях.Поэтому некоторые производители увеличивают номинальную мощность и используют такие фразы, как program power или music power для оценки усилителей. Однако эти рейтинги не определены и не должны использоваться для сравнения.

Переменные с мощностью усилителя

В этой статье описаны мощность усилителя, некоторые используемые термины и основной способ расчета мощности усилителя. Однако есть ряд других переменных, которые следует знать, если вы собираетесь сравнивать усилители на основе их указанной мощности:

• Хотя простая синусоида является удобным и относительно простым способом измерения и расчета мощности усилителя, она измеряет мощность только на одной частоте.Он также должен поддерживать эту мощность на других частотах. Следовательно, средние непрерывные уровни мощности должны сопровождаться испытательной частотой или частотным диапазоном.
• Измеренное напряжение, используемое в расчетах, соответствует максимальному выходному сигналу, при отсутствии или небольшом искажении сигнала, вызванном усилителем. Некоторые производители измеряют выходную мощность усилителя при работе с высокими искажениями, давая завышенное значение мощности (опять же, это чаще всего происходит с продуктами низкого уровня). Следовательно, средние непрерывные уровни мощности должны сопровождаться показателями искажения тестируемого сигнала (THD или THD + n, выраженные в процентах).Это должно быть 1% или меньше — чем меньше, тем лучше. Остерегайтесь цифр выходной мощности с 10% THD.
• Ток и, следовательно, мощность изменяются при изменении нагрузки. Динамик на 4 Ом пропускает больше тока, чем динамик на 8 Ом, поэтому мощность, производимая усилителем, изменится. Следовательно, указанные уровни мощности должны соответствовать указанным испытательным нагрузкам.
• Убедитесь, что указанная мощность усилителя соответствует мощности всех (или, по крайней мере, 2) каналов усилителя. Некоторые производители выдают выходную мощность только при одном работающем усилителе, что не является верным показателем того, какую мощность может обеспечить источник питания усилителя, когда работают все каналы.

Все это говорит о том, что при сравнении усилителей по мощности нужно внимательно присматриваться к характеристикам. В идеале мощность усилителя должна быть указана следующим образом:

Мощность усилителя: 80 Вт, непрерывная средняя мощность при 8 Ом (нагружены 2 канала, THD 0,08%, 20 Гц — 20 кГц)

Сводка

На простом примере мы убедились, что лучшим значением для определения и сравнения мощности усилителя является средняя длительная мощность или другие синонимичные термины.Большинство терминов, использующих «пиковую» мощность, относятся к возможной мощности в течение очень коротких периодов времени и обычно используются для завышения реальных устойчивых уровней мощности.

В следующей статье рассматриваются реальные способы расчета мощности усилителя, включая некоторые стандарты, которых производители усилителей должны придерживаться при проведении этих тестов. Это поможет понять некоторые используемые аббревиатуры, такие как IEC, AES, DIN и FTC.

Прежде чем двигаться дальше, ниже приведены еще два термина, которые полезно понимать при разговоре и / или чтении об усилителе и мощности динамика.

Клипса

Если входной сигнал усиливается так, что выходное напряжение превышает пределы напряжения усилителя, синусоидальная волна будет обрезана вверху и внизу.

На этом графике показана синусоида, усиленная до максимального уровня без ограничения. Это уровень, который следует измерить для расчета максимальной мощности.

На этом графике показано усиление синусоидальной волны усилителем, так что она ограничивается сверху и снизу.Это искажение не только раздражает ухо, но и вызывает нагрузку на усилители и динамики, и его следует избегать.

Крест-фактор

Пик-фактор — это отношение пиковой мощности к средней продолжительной мощности, выраженное в дБ. В нашем примере пиковая мощность составляет 40 Вт, средняя непрерывная мощность — 20 Вт. Это соотношение 2: 1 или 3 дБ. Усилитель, протестированный с использованием простой синусоидальной волны (как в нашем примере), всегда будет иметь пик-фактор 3 дБ. То есть для простой синусоиды пиковая мощность всегда будет вдвое больше средней продолжительной мощности.

Для живой музыки с барабанами и другими перкуссионными инструментами грохоты / удары (пики) могут быть в 10-15 раз выше среднего уровня — это пик-фактор 9-12 дБ. В таблице ниже показано соотношение между децибелами и отношением пиковой мощности к средней мощности.

1223

Коэффициент амплитуды	Коэффициент мощности
3dB	2: 1
6dB	4: 1
9dB	1 9023 9023	1 9023	1 902
15 дБ	32: 1

Эти цифры будут полезны, когда мы рассмотрим, как согласовать динамики с усилителем.

Как оценить потребность в электроэнергии

Когда вы получаете счет за электроэнергию каждый месяц, вы можете не понимать, как именно была рассчитана общая сумма. Каждое устройство в вашем доме вносит свой вклад в общую сумму счета. Чтобы выяснить, какие приборы и устройства потребляют больше всего энергии, вы можете оценить общие требования к мощности , для каждого устройства. Эта оценка также полезна для оценки требований к мощности для альтернативной или резервной системы энергоснабжения.

Оценить потребности в энергии и затраты на питание электронного устройства или прибора очень просто. На задней панели каждого устройства есть этикетка с указанием потребляемой мощности. Это число, которое вам понадобится, чтобы вычислить потребление энергии и требования. Наряду с ваттами вам нужно будет оценить количество часов в день, в течение которых устройство или прибор используется. Если вы предпочитаете не проверять все свои устройства вручную, вы можете приобрести устройство, которое поможет вам оценить потребление энергии.Эти устройства варьируются от простых устройств для измерения мощности до сложных решений для домашнего мониторинга. В этом посте мы предполагаем, что у вас нет доступа к сложному решению для домашнего мониторинга. Если вы новичок в чтении этикеток с энергопотреблением на задней панели ваших приборов и устройств, просмотрите следующие несколько разделов с справочной информацией, чтобы получить представление об основах электрики и терминологии.

Предпосылки: основы электротехники

Чтобы понять электрические термины, перечисленные на этикетках прибора или устройства, необходимо понять несколько электрических терминов.Основные термины: напряжение, ток и сопротивление:

.

• Напряжение (Вольт): Разница в потенциальной энергии (заряде) между двумя точками в цепи. Одна точка имеет больше энергии, чем другая, и разница между точками называется напряжением. Напряжение измеряется в вольтах.
• Ток (Амперы): Поток электронов (заряд) между двумя точками в цепи. Сила тока измеряется в амперах.
• Сопротивление (Ом): Сопротивление — это электрическое сопротивление (сложность) между двумя точками проводника.Сопротивление измеряется в Ом.

Напряжение, ток и сопротивление связаны уравнением, называемым законом Ома:

V = I x R

где V — вольт, I — ток, а R — сопротивление. При описании напряжения, тока и сопротивления часто используется аналогия «вода, текущая в трубе». Ток аналогичен потоку воды, а напряжение — это давление в трубе. Когда напряжение (давление) выше, будет течь более сильный ток.На рисунке 1 показана аналогия с водой с (а) давлением (напряжением) без тока и (б) давлением (напряжением) и током.

Рисунок 1. Механическое изображение напряжения и тока.

Электроэнергия также может быть выражена в единицах мощности, называемых ватт, . Ватт — это единица измерения электрической мощности, представленная током в один ампер в цепи с разностью потенциалов в 1 вольт. Мощность связана с напряжением и током следующим уравнением:

P = I x V

где P — мощность, I — ток, а V — вольты.Мощность (электрическая энергия) измеряется в ваттах или киловаттах. Его также можно измерить с течением времени. Например, лампочка мощностью 60 Вт потребляет 60 Вт в определенный момент времени. Киловатт-час (кВтч) — это электрическая энергия, равная мощности, подаваемой одним киловаттом за один час.

Справочная информация: напряжение переменного и постоянного тока

Электрические концепции, которые мы описали до сих пор, являются примерами постоянного тока (DC) . Постоянный ток (DC) — это электрический ток, который течет линейно в постоянном направлении.Существует также другой тип тока, называемый переменным током (AC) , который отличается от постоянного тока, потому что он меняет направление. Рисунок 2 иллюстрирует разницу между этими двумя концепциями. Как показано, постоянное напряжение постоянно. Напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму, что означает, что оно изменяется со временем.

Рис. 2. Визуальная разница между постоянным и переменным напряжением.

Мы можем использовать предыдущую аналогию с водой для описания переменного тока; вместо воды, текущей по трубе, вода в трубе перемещается вперед и назад с помощью кривошипа, соединенного с поршнем.На рисунке 3 показана иллюстрация этой концепции. Брызги жидкости могут быть очень быстрыми — 50 или 60 циклов в секунду (50 или 60 Гц). Устройства, которые питаются от топливных элементов , или батареи , используют питание постоянного тока; однако устройства, которые подключаются к стене в наших домах, используют переменный ток.

Рисунок 3. Переменный ток Аналогия напряжения (напряжения) и тока.

Проверка необходимой энергии

Чтобы оценить использование энергии в вашем доме, вам могут помочь следующие источники:

• Счета за электричество
• Рейтинг оборудования
• Ожидаемые профили нагрузки

Посмотрев на свой счет за электроэнергию, вы можете увидеть, как ваши ватты меняются от месяца к месяцу в течение года.Ваше потребление энергии носит сезонный характер и зависит от того, где вы живете. Например, если вы живете в холодном климате, ваши зимние счета могут быть намного выше, чем ваши летние, из-за необходимости в тепле зимой. В жарком климате ваш летний счет может быть намного выше, чем ваш зимний, из-за того, что кондиционер работает все лето.

Каждый прибор или электронное устройство имеет паспортную табличку, на которой указаны напряжение, сила тока, частота и мощность. Обычно они расположены на задней панели устройства.Эти характеристики представляют собой максимальное количество мощности, которое может быть поставлено; следовательно, номинальная мощность на паспортной табличке теоретически соответствует 100-процентному использованию. Многие устройства не работают со 100-процентной загрузкой; поэтому использование номинальных значений на паспортной табличке может привести к завышению требований к мощности. Пример паспортной таблички показан на Рисунке 4.

Рисунок 4. Паспортные таблички электронного устройства.

Хотя потребление энергии можно рассчитать на основе ваших счетов за электроэнергию и паспортных табличек устройства, фактические измерения дадут более точные данные.Фактические измерения нагрузки можно получить с помощью ватт-часов. Эти фактические измерения нагрузки часто используются для проектирования PV , топливных элементов и систем резервного питания от батарей. Фактическая нагрузка необходима для определения размера и стоимости системы альтернативной энергии . Часто разработчики систем рекомендуют потребителю изменить свои методы энергопотребления, чтобы минимизировать потребление энергии, чтобы фотоэлектрическая система могла быть спроектирована с учетом этих требований вместо установки более крупной системы для компенсации пикового использования.

Расчет потребления энергии

Общее количество энергии, потребляемой вашим домом, можно легко рассчитать, выполнив шесть простых шагов:

1. Укажите количество ватт для каждого прибора или электронного устройства (это называется «нагрузкой» для каждого устройства). Все существующие и планируемые электрические нагрузки должны быть идентифицированы.
2. Оцените среднесуточное использование (количество часов в день, в течение которых прибор или электронное устройство работают)
3. Умножьте мощность устройства на количество часов, в течение которых вы его используете (это даст вам определенное количество «ватт-часов»). Например, если вы используете телевизор на 120 Вт в течение двух часов в день. Вы можете умножить мощность на количество часов, используемых в день, чтобы получить 240 ватт-часов в день.
4. В вашем счете за электричество электричество указано в киловатт-часах. Чтобы сравнить потребление энергии в киловатт-часах, нам нужно будет преобразовать ватт-часы в киловатт-часы. Поскольку 1 киловатт равен 1000 ватт, разделите на 1000, чтобы преобразовать ватт-часы (Втч) в киловатт-часы (кВтч):

240 Втч / 1000 = 0.24 кВтч

5. Чтобы сравнить эти цифры с вашим счетом за электроэнергию, нам нужно преобразовать это число в количество часов, которые прибор или устройство использует в месяц. Например, 0,24 кВтч x 30 дней = 7,2 кВтч в месяц.
6. Чтобы рассчитать затраты на электроэнергию и сравнить их с вашим счетом за электричество, посмотрите на свой счет за электроэнергию, чтобы определить, сколько вы платите за киловатт-час. Если в вашем счете указано, что вы платите 0,12 доллара за киловатт-час, стоимость может быть оценена следующим образом: 7.2 кВтч в месяц x 0,12 доллара США за кВтч = 0,86 доллара США в месяц.

Вы можете организовать эти числа, как в Таблице 1 ниже.

Электрическая нагрузка	Мощность (Вт)	Среднее ежедневное использование (ч)	Среднесуточная энергия (ватт-часы)	Среднесуточная энергия (киловатт-часы)	Среднемесячная энергия (киловатт-часы)	Стоимость в месяц ($)
Телевидение	120	2	240	0.24	7,2	0,86

Таблица 1. Таблица для расчета среднесуточной энергии.

Заполнив Таблицу 1, вы можете получить хорошую оценку количества электроэнергии, которое вы используете каждый месяц, и связанных с этим затрат. Чтобы определить размер системы накопления энергии, вам также нужно будет посмотреть на требуемую пиковую мощность (максимальное количество энергии, которое может потребоваться в день) и продолжительность средней мощности (наибольший период времени, в течение которого средняя мощность нужный).Среднее энергопотребление определяет общее количество энергии, потребляемой за день.

Заключение

В этом посте мы рассмотрели основные электрические термины, такие как напряжение, ток, сопротивление, мощность, постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Затем мы использовали эти концепции для расчета потребности в энергии для прибора или устройства. Эти потребности в энергии можно использовать для оценки общего потребления энергии и связанных с этим затрат на эту энергетическую нагрузку. Расчет этих требований может помочь вам уменьшить ваши счета за электроэнергию и помочь вам определить размер фотоэлектрической, резервной аккумуляторной батареи или другой альтернативной энергетической системы.

Автор: Д-р Коллин Шпигель

Доктор Коллин Шпигель — консультант по математическому моделированию и техническому письму (президент SEMSCIO) и профессор, имеющий докторскую степень. и степень магистра инженерных наук. Она имеет семнадцатилетний опыт работы в инженерии, статистике, науке о данных, исследованиях и написании технических статей для многих компаний в качестве консультанта, сотрудника и независимого владельца бизнеса. Она является автором книг « Designing and Building Fuel Cells » (McGraw-Hill, 2007) и «PEM Fuel Cell Modeling and Simulation using MATLAB» (Elsevier Science, 2008).Ранее она владела Clean Fuel Cell Energy, LLC, организацией по топливным элементам, которая обслуживала ученых, инженеров и профессоров по всему миру.

Q = It E = расчеты QV Закон Ома V = IR исследующие факторы, влияющие на сопротивление Графические характеристики ВАХ диод омический проводник лампа накаливания igcse / gcse 9-1 Physics revision notes

Электричество 3: Закон Ома, экспериментальные исследования сопротивления

а также I-V графики и расчеты с использованием I = V / R, Q = It и E = QV

Редакция Доктора Брауна по физике Банкноты

Подходит для курсов GCSE / IGCSE Physics / Science или их эквивалент

Что такое закон Ома? Как вы делаете расчеты по закону Ома / с?

Какие факторы влияют на стойкость схема?

Как построить и использовать схему для исследовать закон Ома?

Как рассчитать количество эл. заряд движется по цепи?

---

Субиндекс этой страницы

1.Закон Ома, простая схема исследования и расчеты V = IR

2. Движение и единица заряда, кулон, расчеты с использованием Q = It

3. Возможная разница и передача электроэнергии, E = QV расчеты

4а. Электрическое сопротивление — задействованных факторов

4б. Изучение сопротивление провода при постоянной температуре, различной длины и ширины

4с.Изучение вольт-амперные характеристики провода — объяснение графика

4г. Расследование ВАХ металлической лампы накаливания — график

4e. Изучение вольт-амперные характеристики диода — объяснение графика

См. Также ПРИЛОЖЕНИЕ 1 для обзора всей электроэнергии уравнения, которые могут вам понадобиться

---

1а.Ома Закон (и упоминание других единиц, рассматриваемых в других разделах)

Закон Ома гласит, что ток через провод между двумя точками прямо пропорционален напряжению на две точки в цепи.

Он включает в себя самое фундаментальное уравнение что нужно знать для расчета электричества.

Математически это можно выразить как: я = V / R

перестановок: В = ИК а также R = V / I

I = ток в амперах, амперах, А ; мера скорости потока электрического заряда.

В = разность потенциалов, п.о., вольт, V ; мера потенциальной энергии, передаваемой электрическому заряду течет.

Разность потенциалов в цепи это энергии, передаваемой на один кулон электрического заряда , что течет между двумя точками в электрической цепи.

Кулон ( C ) — это единица электрического заряда (см. Q = Примечания к уравнению).

Переданная энергия рассчитывается от п.о. и количество электрического заряда ( Q ) перемещен p.d. в В (см. E = QV примечания к уравнениям).

R = сопротивление провода, Ом, Ом ; мера сопротивления проводника препятствовать поток заряда.

Чем больше сопротивление резистор, тем больше он сопротивляется и замедляет ток электричества.

Закон Ома означает, что R в этом уравнении является константой, не зависящей от величины протекающего электрического тока.

Закон правильно применяется к так называемому омическому сопротивлению проводники , где протекающий ток прямо пропорционален приложенная разность потенциалов, но некоторые резисторы не подчиняются этому закону, например нагретая нить лампочка.

1b.Просто эксперимент по измерению сопротивления отдельного компонента

Если вы настроили контур 31 (правая диаграмма), вы можете измерить сопротивление постоянного резистора [R].

Изменяя напряжение источника питания с помощью переменной резистора, вы легко можете получить множество пар показаний p.d. (V) и текущее (А).

Затем используйте уравнение закона Ома (R = V / I), чтобы вычислить значение фиксированное сопротивление.

Затем вы можете усреднить значения R, рассчитанные для более надежный результат.

Более подробная информация приведена ниже, чтобы получить полную ВАХ графики, а также как получить сопротивление графическим методом.

Это основная установка для исследования вольт-амперные характеристики любого компонента Р.

1c. Примеры расчеты с использованием Ома Закон V = IR

Q1 Когда стр.d. от 4,5 В приложен к сопротивлению, течет ток 0,5 А.

Какое значение имеет резистор?

R = V / I = 4,5 / 0,5 = 9,0 Ом

Q2 Сопротивление имеет значение 50 Ом.

Какой р.д. должен быть применен к нему чтобы через него протекал ток 5,0 А?

В = ИК = 5 x 50 = 250 V

3 квартал А п.d. 240 В подается на резистор нагревательного элемента сопротивлением 30 Ом.

Сколько тока проходит через обогреватель?

I = V / R = 240/30 = 8.0 A

4 квартал Три батареи на 1,5 В были подключены последовательно к трем лампочкам.

Если амперметр измерил ток 0,50 А, какое сопротивление у каждой лампочки?

I = V / R, поэтому R = V / I = (3 x 1.5) / 0,50 = 9,0 Ом

Поскольку общее сопротивление = сумма сопротивления, сопротивление каждой лампочки = 9,0 / 3 = 3.0 Ом

Q5

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

2. Движение заряда

2а. Расчет заряда, проходящего через точку в цепи Q = It

Ток (I в амперах) — это скорость протекания электрического заряжать вокруг цепи.

Чем больше поток заряда в данный момент времени, тем больше электрический ток.

Скорость протекания электрического заряда составляет измеряется в кулонах в секунду.

Вы можете рассчитать заряд, проходящий через точку в цепи в заданное время по формуле

Q = Оно

, где Q = электрический заряд в кулонах ( C ) — блок электрического заряда

I = ток в амперах ( A, ) и t = время ( с )

перестановок из Q = It, I = Q / т и t = Q / I

Ток в 1 А равен скорость потока заряда 1 Кл / с.

2b. Примеры расчетных вопросов с участием уравнение Q = It

Q1 Если ток 3,0 А проходит через прибор в течение 1 часа 30 минут, сколько электрического заряда передается в процессе?

Q = Оно, Q = 3,0 x 1,5 x 60 x 60 = 16 200 C = 1,62 х 10 ⁴ С

Q2 Если Заряд 9000 C проходит через точку в электрической цепи в 12.0 минут, какой текущий поток?

I = Q / t = 9000 / (12 x 60) = 9000/720 = 12,5 A

Q3 Сколько времени займет электрическая цепь в минутах и ​​секундах ток 20.0 А передать 5000 С заряда?

т = Q / I = 5000/20 = 250 секунд = 4 минут и 10 секунд

Q4 Портативный компьютер зарядное устройство пропускает ток 1.20 А на 30 минут с выходом p.d. 15.0 В.

(а) Подсчитайте, сколько стоит заряд перенесена в компьютерную батарею.

Q = It = 1,2 х 30 х 60 = 2160 С

(б) Какое сопротивление зарядное устройство?

В = ИК, R = V / I = 15 / 1,2 знак равно 12,5 Ом

(c) Когда аккумулятор ноутбука полностью заряжено в нем хранит 3000 с.

Сколько времени потребуется, чтобы полностью заряжать разряженный аккумулятор?

Q = It, t = Q / I = 3000 / 1,2 = 2500 с (41 мин 40 с)

Q5

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

3. Возможная разница и передача энергии

3а.Введение в электрическую энергию перевод

Передача энергии на единицу заряда = разность потенциалов (п.о.) и расчеты на основе E = QV

В предыдущем разделе мы рассмотрели, как рассчитать количество заряда, движущегося в цепи, но ничего не сказал об энергии переведен.

Напоминания :

Электрические цепи, используемые термины, условные обозначения цепей, параллельные объяснение цепей и последовательных цепей

Разность потенциалов (стр.d. в вольт, В ) — энергия, передаваемая на единицу заряда в виде электрического заряд перемещается из одной точки в другую в электрической цепи.

Измеряется вольтметром, который всегда подключается параллельно компоненту схемы.

Передает электрический ток энергия

Подумайте обо всех электрических бытовая техника, которую вы используете — для работы все нуждается в подаче энергии!

Блок питания работает на заряжается и передает ему энергию.

Работы должны проводиться на зарядке для увеличения его потенциальной энергии.

Электрический заряд измеряется в кулоны (C)

Charge и его движение уже было рассмотрено в раздел 2 (Q = It).

Заряды передают энергию компонентов по мере их прохождения, выполняя работу против сопротивления компонент.

Если работа сделана, то энергия переведен.

Если электрический заряд испытывает разность потенциалов, этот заряд будет течь, передавая энергию.

Энергия подается из энергоаккумулятора источник питания — аккумулятор, электросеть и т. Д.

При прохождении заряда по любой п.d. Падение высвобождает энергию (с более высокого уровня потенциальной энергии на более низкий).

например в тонкой проволоке сопротивление , выделяется тепло.

Разница потенциалов между двумя баллов равняется проделанной работе на единицу заряда.

разность потенциалов (В) = проделанная работа ( энергии передано в Дж) заряд (C)

т.е. 1 вольт соответствует 1 джоуля за кулон или V = J / C

Чем больше падение p.д., тем больше энергия передается, потому что заряд начинается с большим потенциалом энергия.

Следовательно, блок питания с источником большего размера p.d. (В) может подавать на больше энергии в схему на единицу электрического заряда ( кулон, В).

Чем больше p.d., тем больше энергии при том же количестве электрический заряд может нести.

3b.Еще одно уравнение для расчета электрического передача энергии

В количество переносимой энергии можно рассчитать по формуле:

переданная энергия = заряд x потенциал разница.

E = QV (поэтому Q = E / V и V = E / Q )

E = передаваемая энергия в джоулях ( Дж )

Q = количество электрический заряд в кулонах ( C )

В = разность потенциалов ( В )

Отметив, что: V = E / Q = энергия, передаваемая на единицу заряда (J / C)

Попутно и несколько напоминаний:

Чем больше энергии передается в данном время, тем больше мощность устройства или электроприбора.

г. V говорит вам, сколько энергия, передаваемая на каждую единицу электрического заряда,

так, V = E / Q , (шт. J / C), см. Расчеты E = QV ниже).

Текущий I говорит вам, сколько заряд проходит заданную точку в цепи за единицу времени (кулонов в секунду, С / с ).

Это означает, что оба p.d. В и ток I влияет на скорость передачи энергии прибору из накопителя электроэнергии в другие накопители энергии.

И около математических связей на основании раздела 2. Q = It, а здесь, в разделе 3, E = QV

Из Q = It и E = QV, подставив дает E = ItV,

так (i) E = IVt (I в A, t в с, В в вольтах)

Перестановка E = IVt дает IV = Е / т

Это соединяется с уравнения для мощности

(ii) Мощность = энергия переведено / время получено = E / t (Дж / с), и

( iii ) Мощность = ток x напряжение = P (Вт) = I (A) x V (В), Р = IV

Из (ii) и (iii) E / t = IV, поэтому E = IVt , что является уравнением (i) !!!

3c.Расчет q Использование на основе E = QV (иногда с участием других уравнений электричества)

Q1 Электродвигатель Модель автомобиля питается от аккумулятора 1,5 В.

Если 120 C заряда проходит через цепь двигателя в движущемся вагоне,

(а) сколько энергии передается?

E = QV = 120 x 1,5 = 180 Дж

(b) Опишите вероятный накопитель энергии меняется, когда машина работает.

Химическая потенциальная энергия запас батареи уменьшается и превращается в электрическую энергию.

Накопитель кинетической энергии автомобиль увеличивается из-за потери тепла от трения и звуковой энергии переданы в накопитель тепловой энергии окрестностей.

Q2 Какое количество заряд необходим для передачи 500 Дж энергии, если п.о.цепи 24,0 В?

E = QV, Q = E / V = 500/24 ​​= 20,8 С (3 SF)

Q3 Какой потенциал разность требуется в цепи для передачи 2000 Дж энергии с заряд 50 кулонов?

E = QV, V = E / Q = 2000/50 = 40 В

4 квартал А 12.Батарея 0 В пропускает через лампу ток 2,0 А в течение 5 минут.

(а) Посчитайте, сколько заряда прошло через лампу.

Q = It = 2 x 5 x 60 = 600 С

(б) Посчитайте, сколько электроэнергии был перенесен лампой.

Два пути:

(i) E = QV = 600 x 12 = 7200 Дж, самый простой, но вы можете рассчитать его, не зная Q, из:

(ii) E = IVt = 2 x 12 x 5 x 60 = 7200 Дж

5 квартал Устройство имеет мощность 1.5 кВт и работает от сети 230 В.

Если прибор используется в течение 15 минут, сколько заряда прошло по цепи?

1,5 кВт ≡ 1500 Вт ≡ 1500 Дж / с

Общая переданная энергия = мощность x время = 1500 x 15 x 60 = 1 350 000 Дж

E = QV, поэтому Q = E / V = ​​1350 000/230 = 5870 C (3 SF)

Ответ можно рассчитать по другой маршрут

P = IV, I = P / V = ​​1500/230 = 6.522 А

Q = It = 6,522 x 15 x 60 = 5870 C (3 SF)

Q6

3d. Еще немного о разности потенциалов — действие двух последовательно соединенных резисторов

Схема 41 показывает два подключенных резистора. последовательно.

Справа показано, что происходит с p.d. по часовой стрелке по цепи (направление условного тока).

Повышается потенциальный запас аккумулятора разность зарядных потенциалов заряда до 12 В.

По мере прохождения заряда через 1-ю резистор R ₁ , он теряет энергию и п.д. падает на 8 В до п.п. из 4 В.

По мере прохождения заряда через 2-ю резистор R ₁ , он снова теряет энергию и п.о. падает на 4 В до p.d. из 0 В.

Пока есть полная цепь, процесс повторяется.

Поскольку E = QV, выделяется вдвое больше энергии резистором R ₁ (p.d. 8 В), чем R ₂ (p.d. 4 В) для тот же ток.

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

4. Электрическое сопротивление — эксперименты по исследовать ВАХ различных сопротивлений и достоверность, или в противном случае — Закона Ома

4а. Что влияет на сопротивление провода? Сопротивление постоянный?

и s графики общей вольт-амперной характеристики (ВАХ) объяснил

Сопротивление цепи зависит от несколько факторов:

(i) толщина сопротивления провод — для однокомпонентного резистора

(ii) длина сопротивления провод — для однокомпонентного резистора

(iii) если более одного сопротивления, они подключены последовательно или параллельно?

(iv) температура компонента действует как сопротивление

Раздел 4.описывает и объясняет несколько примеров графиков ВАХ — которые можно исследовать с помощью схемы 31 (справа)

На схеме 31 справа показано как можно исследовать изменение тока через сопротивление (или любой компонент) при изменении разности потенциалов.

Графики разности потенциалов тока используются, чтобы показать, как ток через компонент изменяется в зависимости от разности потенциалов на нем.

Сопротивление некоторых резисторов / компонентов действительно меняется. как действующий и п.д. изменения например диодная или лампа накаливания.

Узнайте, как и почему в разделах 4d. и 4e.

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

4b. Исследование электрического сопротивления провода — изменение длины или ширины

Схема 30 показывает, как исследовать сопротивление провода

Относительно тонкий провод закреплен на каждый конец на линейке с разметкой в ​​миллиметрах с помощью зажимов типа «крокодил».

Вам понадобится амперметр для измерения ток в амперах и вольтметр для измерения p.d. через провод в вольт.

Провод подключается в серии с аккумуляторным блоком питания, переключателем и амперметром для измерения силы тока течет по проводу в амперах.

Вольтметр , для измерения p.d, есть соединены параллельно через провод сопротивления.

Обратите внимание, что амперметр всегда подключается к последовательно с компонентом , но вольтметр всегда подключается параллельно по любому исследуемому компоненту.

Один конец провода, подключенный через вольтметр закреплен (слева), но на другом конце есть зажим типа «крокодил», который действует как подвижный точку контакта для размещения на различном расстоянии вдоль провода сопротивления от слева направо.

Замкните выключатель, чтобы замкнуть цепь и начать снимать показания.

Лучше всего открыть переключатель между показания, чтобы свести к минимуму риск нагрева провода.

Вы изменяете расстояние d (мм) от слева (0 мм) в точку дальше вправо и возьмите серию пар из п.d и текущие показания, например каждые 50 мм (можно работать в см, получается нет разницы!).

Используя закон Ома, вы вычисляете сопротивление в омах из уравнения R = V / I

Ты затем можно построить график зависимости сопротивления (Ом) от длины провода d (мм) — показано справа.

Вы должны обнаружить, что график является линейным с его начало координат x, y в точке 0,0.

Это означает, что сопротивление пропорционально длине провода .

Если не закрепить провод точно на 0 мм, график по-прежнему должен быть линейным, но начало линии не будет быть 0,0.

Если повторить эксперимент с провода разного диаметра, вы должны обнаружить, что градиент становится ниже, толще проволока.

Для провода той же длины сопротивление меньше толще проволока — хорошая аналогия — легкость, с которой вода течет через труба тонкого или большего диаметра.

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

4c. Изучение ток — напряжение характеристики провода

Это эксперимент с законом Ома

Схема 31 показывает, как исследовать, как I изменяется в зависимости от V для сопротивления

.

Расследование сводится к поиску вне …

… как ток течет через резистор меняются в зависимости от разности потенциалов на нем?

Постоянный резистор представляет собой ‘компонент’ в цепи и должен иметь постоянную температуру на протяжении всего эксперимента (см. ниже температура эффекты).

В этом случае простой проволочный резистор соединены последовательно с блоком питания и амперметром.

г. измеряется по фиксированному сопротивление с вольтметром,

Тем не мение, также подключенный последовательно, добавлен переменный резистор, так что вы можете удобно изменить разность потенциалов и тем самым изменить ток протекает через компонент.

Это позволяет собрать целую серию пар показаний I и V, с помощью которых можно построить подходящие графики — в этом случай V против I, но часто делается как I против V.

Используя переменный резистор, вы постепенно увеличивайте разность потенциалов на компоненте, принимая соответствие текущему чтению, например увеличиваясь на 0,5 В. за раз. Повторите каждый читать дважды и использовать среднее значение.

После этого можно поменять местами клеммы аккумулятора. и повторить все показания.

Если вы построите p.d. по сравнению с текущим, график линейный , если он подчиняется закону Ома — тогда он называется ‘ омической проводник ‘.

Это я изобразил графиком вверху справа, а градиент равен сопротивлению в Ом .

Это соответствует закону Ома уравнение V = IR , поэтому градиент равен R .

Если график остается линейным, сопротивление остается постоянным.

Этот график не представляет показания сняты после перестановки полюсов аккумулятора.

Однако показывает, как получить значение сопротивления графическим методом.

Это линейный график и фраза линейный компонент может использоваться.

Для таких компонентов, как провод, который не нагревается, вы должны получить линейный график p.d. (V) против I (A) с градиент R (Ω). (правый график).

Вы должны убедиться, что провод не сильно нагревается — если начинает нагреваться, сразу отключите резистор («выключите») и дайте ему остыть.

Если вы построите график зависимости I от V, градиент будет 1 / R (обратная величина сопротивление), линейный график .

Этот график показывает, что вы получаете построение всех данных, включая показания I-V, снятые после реверсирования клеммы аккумулятора.

График (1) является построенный на поперечной оси. Верхняя правая половина — это ваш первый набор результатов, затем вы переверните клеммы на источнике питания и повторите эксперимент дает нижнюю левую часть графика.

Обратите внимание, что вы получите только линейный график, если температура проволоки остается постоянной .

Когда ток (А) пропорционален к p.d (V) он описывается как омический провод (подчиняется закону Ома!).

С помощью схемы 31 вы можете проверить любой резистор или любой другой тип компонента схемы, и результаты обсуждается ниже, начиная с резюме факторов, влияющих на сопротивление.

Так, сопротивление омического проводника, например цепь компонент не меняется независимо от того, проходит ли ток — постоянный градиент 1 / R для графика 1.

Это ожидаемые линейные графики для фиксированный резистор с использованием схемы 31 выше.

Думая против часовой стрелки на диаграмме, разные линии графика могут отображать убывающее сопротивление е.грамм. (i) резистивный провод становится короче при том же диаметре, или (ii) увеличение диаметра при фиксированной длине провода.

При постоянной температуре ток, протекающий через омический проводник прямо пропорционален разности потенциалов на это — уравнение: В = IR или I = V / R .

Однако это только правда, что дает линейный график, если температура не менять.

Комментарии к переменным в этом частный эксперимент с законом Ома

Ток всегда определяется сочетание п.о. (В) и сопротивление R (Ом).

Независимая переменная что мы изменяем или контролируем в эксперименте — в этом случае вы можете считать его р.д. управляется переменным резистором.

Одно из соглашений — построить независимая переменная на оси абсцисс, а зависимая переменная на оси ось y.

Этот означает, что сопротивление R, является обратной величиной градиента — немного больше неудобно рассчитать сопротивление, чем на графике V в зависимости от I, где градиент — это сопротивление. Закон Ома: I = В / р.

Зависимая переменная — это то, что мы тестируем или измеряем в эксперименте, это ток I (A), который зависит от настройки переменного резистора, который, в свою очередь, контролирует разность потенциалов на резисторе.

Контрольные переменные — это то, что мы сохраняем то же самое во время эксперимента, чтобы убедиться, что это честный тест например в этом случае провод и температура сохраняется постоянная, НЕ должна изменяться — не меняйте провод и не допускайте нагреться.

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

4г. Исследование вольт-амперных характеристик металла лампа накаливания

Когда электрический заряд проходит через высокое сопротивление, как тонкая металлическая нить лампы накаливания, она передает часть электроэнергия к накопителю тепловой энергии нити накала. Электрический заряд делает работают против сопротивления .

Схема 45 показывает, как можно исследовать характеристики разности токов и потенциалов нить лампочка.

Вольтметр подключен параллельно термистор, п.д. В измеряется в вольтах ( В, ).

Переменный резистор позволяет варьировать п.д. и текущий поток.

Амперметр, подключенный последовательно, дает вам текущее значение I в амперах ( A ).

В прохождение тока нагревает нить накала и поднимается в температура вызывает повышение сопротивления . Итак, нить Лампа представляет собой неомический провод .

Этот «эффект нагрева» влияет на все резисторы.

По мере увеличения тока выделяется больше тепловой энергии, и нить накаливания становится все горячее и горячее, поэтому дальнейшее повышение температуры еще больше увеличивает сопротивление.

Это уменьшает скорость увеличения тока с увеличение разности потенциалов .

Следовательно, градиент I-V кривая графика уменьшается и все больше с увеличением температура — график 2. Это нелинейный график .

Если градиент меняется, тогда сопротивление меняется.

График (2) является построенный на поперечной оси.Верхняя правая половина — это ваш первый набор результатов, затем вы переверните клеммы на источнике питания и повторите эксперимент дает нижнюю левую часть графика.

Фраза нелинейная компонент может быть использован.

Когда ток (А) равен НЕ пропорциональная p.d (V) лампа накаливания описывается как неомический провод (не подчиняется закону Ома!).

У вас такой же график в форме треугольника. для термистор.

Теория — со ссылкой на схему металлической конструкции

Металлическая кристаллическая решетка состоит из неподвижных ионов и свободно движущихся электроны между ними. С повышением температуры ионы металла колеблются сильнее. сильно, в котором электроны сталкиваются, и это препятствует прохождению электронов, уменьшая поток заряжать. По мере увеличения тока вибрации увеличиваются, вызывая больше электрической энергии, которая будет преобразована в тепло — увеличивая температура И сопротивление металлической нити, тем самым еще больше понижая ток.

Итак, увеличение i n по температуре увеличивает сопротивление лампы накаливания (или большинства других резисторы) и снижает ток, протекающий для заданного p.d.

Если резистор становится слишком горячим, ток почти не будет течь.

Есть одно важное исключение к этому «правилу», см. примечания к термистор, где сопротивление фактически падает с повышение температуры.

Лампа накаливания — лишь одна из многих примеры были энергия передается с пользой , НО есть всегда теряется тепловая энергия в накопитель тепловой энергии устройства и Окрестности .

Нить накала часто изготавливается из металлический вольфрам, плавящийся при> 3400 ^o C и ярко светящийся при 2500 ^o C, но он все равно испаряется очень медленно. Инертный газ например, добавляется аргон или азот, чтобы уменьшить это испарение — любое испаренные атомы вольфрама попадают в инертный (и, следовательно, неокисляющий) Ar или N ₂ молекул и, надо надеяться, снова конденсируются на нити.

См. Сохранение энергии, передача-преобразование энергии, эффективность — расчеты

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

4e. Исследование вольт-амперных характеристик диода

Модель ток через диод протекает только в одном направлении — см. график 3.

Сопротивление в обратном направлении очень высока — следовательно, это фактически «односторонняя» система.

Схема 43

показывает, как можно исследовать вольт-амперная характеристика диода.

Вольтметр подключен параллельно термистор, п.д. В измеряется в вольтах ( В, ).

Переменный резистор позволяет варьировать п.д. и текущий поток.

Амперметр, подключенный последовательно, дает вам текущее значение I в амперах ( A ).

А диод имеет очень высокое сопротивление в обратное направление .

Есть еще порог р.о. (например, 1,4 В) до того, как ток вообще потечет — внимательно посмотрите на график — есть короткий горизонтальный участок, прежде чем ток поднимется с нуля и со временем становится линейным.

Таким образом, вы получаете верхнюю правую часть графика 3 по сравнению с графиками 1 и 2 выше.

Это потому, что когда вы делаете экспериментируйте, используя схему, описанную выше, по изменению подключений, вы не обнаружите никаких текущих потоков при изменении p.d.

Его нелинейный график .

Если градиент меняется, то сопротивление меняется.

Когда ток (А) равен НЕ пропорциональный p.d (V), диод описывается как неомический провод (не подчиняется закону Ома!).

Фраза нелинейный компонент может быть использовано.

График (3) является построенный на поперечной оси. Верхняя правая половина — это ваш первый набор результатов, затем вы переверните клеммы на источнике питания и повторите эксперимент дает нижнюю левую часть графика.

Так как ток течет только в одну сторону через диод его можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный Текущий.

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

Практическая работа по помощь в развитии ваших навыков и понимания, возможно, включала следующее:

с использованием ламп накаливания и резисторов для исследования разности потенциалов — Текущий характеристики,

---

ПРИЛОЖЕНИЕ 1: Важные определения, описания, формулы и ед.

Примечание: Вы можете / можете нет (но не волнуйтесь!), столкнулись со всеми этими терминами, это зависит от как далеко продвинулась ваша учеба.В вашем курсе вам может не понадобиться каждая формула — решать вам. V разность потенциалов ( p.d ., обычно называемая « напряжение ») — это движущий потенциал, который перемещает электрический заряд вокруг цепь — обычно электронов . Возможная разница — это работа, выполненная в перемещение единицы заряда. Показывает, сколько энергии передается за единицу заряда, когда заряд перемещается между двумя точками в цепи е.грамм. между выводами аккумуляторной батареи. г. в любой части цепи измеряется в вольтах, В . I ток — это скорость протекания электрического заряда в кулонов в секунду ( К / с, ), измеряется в амперах (амперы, A, ). Количество переданного электрического заряда a give time = текущий расход в амперах x прошедшее время в секундах Формула соединения: Q = Оно , I = Q / t, t = Q / I, Q = электрический заряд перемещается в кулонов ( C ), время т ( с ) R сопротивление в цепи, измеренное в Ом ( Ом ). А сопротивление замедляет прохождение электрического заряда — он противостоит потоку электрического заряда . Формула соединения: В = ИК , I = V / R, R = V / I (Это формула для Закон Ома) P является мощность , передаваемая цепью = показатель энергии передача ( Дж / с, ) и измеряется в Вт ( Вт, ). Формула соединения: P = IV , I = P / V, V = P / I также P = I 2 R (см. также P = E / t ниже) E = QV , энергия, передаваемая количеством электрического заряда потенциалом разность вольт. переданной энергии (джоулей) = количество электрического заряда (кулоны) x разность потенциалов (вольт) Q = E / V, V = E / Q, E = передача энергии в джоулях ( Дж, ), Q = электрический заряд перемещен ( C ), V = p.d. ( В ) E = Pt , P = E / t, t = E / P, где P = мощность ( Вт, ), E = переданная энергия ( Дж) , t = затраченное время ( с ) Передаваемая энергия в джоулях = мощность в ваттах. x время в секундах Формула связи: Поскольку E = Pt и P = IV, переданная энергия E = IVt

---

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

---

Что дальше?

Электричество и ревизия магнетизма индекс нот

1.Полезность электроэнергии, безопасность, передача энергии, расчеты стоимости и мощности, P = IV = I ² R, E = Pt, E = IVt

2. Электрические схемы и как их рисовать, условные обозначения схем, параллельность схемы, объяснение последовательных схем

3. Закон Ома, экспериментальные исследования сопротивление, I-V графики, расчеты V = IR, Q = It, E = QV

4. Схемы устройств и как они используются? (е.грамм. термистор и LDR), соответствующие графики gcse Physical Revision

5. Подробнее о последовательных и параллельных цепях. электрические схемы, измерения и расчеты gcse физика

6. Электроснабжение «Национальной сети», экология вопросы, использование трансформаторов gcse примечания к редакции физики

7. Сравнение способов получения электроэнергии gcse примечания к пересмотру физики (энергия 6)

8.Статическое электричество и электрические поля, использование и опасность статического электричества gcse примечания к редакции физики

9. Магнетизм — магнитные материалы — временные (индуцированные) и постоянные магниты — использует gcse физика

10. Электромагнетизм, соленоидные катушки, применение электромагнитов gcse примечания к редакции физики

11. Моторное воздействие электрического тока, электродвигатель, громкоговоритель, правило левой руки Флеминга, F = BIL

12.Эффект генератора, приложения напр. генераторы производство электричества и микрофон gcse физика

ВСЕ мои GCSE Примечания к редакции физики

ИЛИ воспользуйтесь [GOGGLE ПОИСК]

---

---

Версия IGCSE заметки по закону Ома исследования сопротивления V = IR Q = It вычисления KS4 физика Научные заметки на Исследование сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты GCSE руководство по физике примечания к закону Ома исследования сопротивления V = IR Q = It расчеты для школ, колледжей, академий, преподавателей курсов, изображений рисунки-диаграммы для исследования сопротивления по закону Ома V = IR Q = Он вычисляет научные исправления примечания на Исследование сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты для пересмотра модулей физики примечания по темам физики, чтобы помочь в понимании Исследование сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты университетские курсы физики карьера в науке и физике вакансии в машиностроении технический лаборант стажировка инженер стажировка по физике США 8 класс 9 класс 10 AQA Заметки о пересмотре GCSE 9-1 по физике по закону Ома исследования сопротивления V = IR Q = It вычисления GCSE примечания к закону Ома исследования сопротивления V = IR Q = It расчеты Edexcel GCSE 9-1 физика наука примечания к редакции Исследование сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты для OCR GCSE 9-1 21 век научные заметки по физике об исследованиях сопротивления по закону Ома V = IR Q = Расчет OCR GCSE 9-1 Шлюз физики примечания к пересмотру исследований сопротивления по закону Ома V = IR Q = It вычисления WJEC gcse science CCEA / CEA gcse science

ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс

Расчет потребления энергии: как влияют затраты

Аннотация: Потребители часто не знают о стоимости энергии, используемой электронными устройствами.На самом деле стоимость электроэнергии зачастую превышает закупочную цену оборудования в течение года! Простые расчеты показывают затраты на электроэнергию устройства и способствуют экономии. В этой заметке по применению обсуждается, как точно рассчитать затраты на электроэнергию, и представлен онлайн-калькулятор, который делает расчет еще проще.

Почему важен мониторинг энергопотребления

Эксперты сходятся во мнении, что наиболее действенная тактика борьбы с изменением климата, загрязнением окружающей среды и потреблением энергии — это сокращение количества потребляемой нами энергии.«Ватты, которые мы не используем» — всегда самый дешевый источник энергии и гораздо менее затратный, чем строительство новых электростанций, независимо от того, являются ли эти новые электростанции традиционными или используют альтернативные источники энергии.

Шаг первый — осознание: подумайте об экономии энергии. Как потребители, мы, естественно, думаем о крупных бытовых приборах, таких как холодильник и печь. В офисе мы думаем об освещении, настольных компьютерах и заводском оборудовании. Но устройства меньшего размера, которые работают большую часть дня, могут на самом деле тайно потреблять большие объемы энергии!

Генеральный директор Максима с удивлением обнаружил, что медиа-сервер в его доме стоит 473 доллара (U.Долларов) в год в электричестве. Всего за год устройство стоило ему больше мощности, чем его покупная цена! Как потребители и инженеры, мы задаемся вопросом, серьезно ли проектировщики этих устройств учитывают затраты конечных пользователей на электроэнергию.

Зная стоимость использования энергии , вы получите сбережения энергии. Ясно, что мы можем сэкономить деньги себе и нашим клиентам, если сделаем правильный выбор дизайна для окружающей среды — часто без особых жертв.

Расчет затрат на электроэнергию

Как известно каждому инженеру, расчет энергии прост.Единицей электрической энергии является киловатт-час (кВтч), который определяется умножением потребляемой мощности (в киловаттах, кВт) на количество часов, в течение которых потребляется мощность. Умножьте это значение на стоимость киловатт-часа, и вы получите общую стоимость энергии.

Общая стоимость энергии = (Мощность в ваттах / 1000) × часы работы × стоимость за кВтч

Калькулятор стоимости энергии от Maxim делает расчет еще проще.

Хотя расчет энергии прост, есть переменные, которые следует учитывать.Вам необходимо учитывать:

• Различные тарифы на электроэнергию
• Разница между номинальной и реальной мощностью
• Сколько часов в день работает устройство
• Различные режимы работы (например, рабочий и резервный)

Различные ставки

В большинстве сообществ затраты на энергию непостоянны. Ставки на жилье часто бывают «многоуровневыми». Чем больше вы используете, тем больше платите. Некоторые коммунальные предприятия взимают плату даже в дневное время, а в непиковые часы — по более низким тарифам.

Вы должны рассчитать затраты на уровне , ваш наивысший коэффициент использования (т. Е. Ваш самый высокий «уровень»). Это то, сколько вы платите за каждый киловатт-час, который вы добавляете или вычитаете из своего текущего использования. Это сумма, которую вы сэкономите, если сократите использование. Средняя ставка для населения в США составляет около 11,5 центов за кВтч (данные Министерства энергетики США за ноябрь 2008 г.), но вы можете платить 36 центов или больше за каждый дополнительный кВтч! Чтобы определить расценки, посмотрите свой счет за электричество или посетите веб-сайт вашей коммунальной компании.

Вам также необходимо учитывать время суток, если ваши ставки меняются в часы пик и непиковые часы.

Для получения дополнительной информации об использовании электроэнергии и ее стоимости в США посетите: Управление энергетической информации.

Энергопотребление

Далее необходимо узнать, сколько энергии потребляет устройство. Самый точный способ — измерить использование с помощью измерителя мощности (доступен в США по цене от 20 до 60 долларов).

Как вариант, вы можете посмотреть этикетку на продукте. Но маркировка часто бывает не очень точной, поскольку показывает максимальную мощность.Многие устройства потребляют намного меньше, чем указано на этикетке. Для устройств с фиксированным питанием, таких как лампочка, этикетка является точной.

Наконец, не забудьте произвести расчет на прилагаемые аксессуары, например, дисплей компьютера.

Возможно, вам придется выполнить некоторые математические вычисления, чтобы рассчитать потребление в ваттах:

Мощность (ватт, Вт) = ток (амперы, А) × напряжение (вольт, В)

Например, устройство, рассчитанное на ток 2,5 А и работающее от домашнего тока в США (120 В), использует 2.5 × 120 = 300Вт.

Часы работы и режимы

Некоторые устройства работают с полной нагрузкой 24 часа в сутки. Многие устройства потребляют питание даже в выключенном состоянии. Зарядные устройства, которые остаются подключенными, пока устройства, которые они заряжают, отключены, все еще могут потреблять электроэнергию, особенно в старых моделях.

Медиа-сервер особенно расточителен: диск вращается, и все блоки питания работают на полную мощность, даже когда медиа-сервер бездействует.

Некоторые устройства различаются потребляемой мощностью в зависимости от того, как они используются.Рассмотрим, например, кофейник. Он потребляет 800 Вт, но только в течение 10 минут, затем он переходит в режим подогрева посуды на один час и потребляет незначительную мощность. Если вы делаете одну чашку кофе в день, ваша потребляемая мощность составляет 0,133 кВтч в день или 4 кВтч в месяц. Эта энергия стоит всего 40 центов в месяц.

В спящем режиме компьютер будет потреблять меньше энергии. Лампа мощностью 25 Вт, которая горит весь день, потребляет больше энергии, чем тостер мощностью 1500 Вт, который включен утром на 40 секунд.

Рабочий цикл

Наконец, рассмотрите рабочий цикл для устройств, которые меняют свое использование в течение дня.Нагреватель, управляемый термостатом, потребляет энергию только тогда, когда он включен.

Эффекты второго порядка

В помещении с кондиционером потраченная впустую энергия обходится вам вдвое! Дополнительный ватт энергии, производимый в охлаждаемом помещении, увеличивает нагрузку на кондиционер. Это сложно подсчитать, но если вы будете помнить об этом, это поможет вам расставить приоритеты в деятельности по энергосбережению.

Сила спасения

Как только вы узнаете, какие устройства потребляют больше всего энергии, вы сможете найти способы снизить потребление.Самая большая экономия — это просто удаление устройства, которое вам больше не нужно.

Самая легкая экономия может быть получена за счет отключения устройств, которые вы на самом деле не используете, особенно таких элементов, как медиа-сервер или свет, который работает весь день. Вычислительное оборудование, такое как принтеры, можно выключить. Разветвители питания и таймеры (или контроллеры домашней автоматизации) могут отключать неиспользуемые предметы. Но будь осторожен. Использование удлинителя для отключения питания аналогично отключению устройств от сети; некоторые устройства могут выйти из строя или потерять данные, если они часто отключаются без использования переключателя питания.

Во многих случаях замена старого оборудования может сэкономить вам деньги. Рассмотрите все электронные устройства вокруг вас и внимательно посмотрите на самых опытных пользователей. Затем воспользуйтесь калькулятором энергии, чтобы определить, что сэкономит более энергоэффективная замена.

Расчеты электроэнергии Учебное пособие по химии

Вопрос: ЭДС 4,5 В производит 1 кг металлического натрия путем электролиза Na ⁺ .
Вычислите минимальное количество киловатт-часов электроэнергии, необходимое для производства металлического натрия.

Что вас просят сделать?

Рассчитать энергию в киловатт-часах
E =? кВтч

Какие данные (информацию) вы указали в вопросе?

Извлеките данные из вопроса:

В = ЭДС (напряжение) = 4,5 В

м (Na) = масса произведенного металлического натрия = 1 кг
Преобразуйте массу в кг в г, умножив на 1000
m (Na) = 1 кг × 1000 г / кг = 1000 г

Какая связь между тем, что вы знаете, и тем, что вам нужно выяснить?

(i) Рассчитайте количество молей произведенного металлического натрия:
моль (Na) = масса (Na) ÷ молярная масса (Na)
n (Na) = 1000 г ÷ 22.99 г моль ^-1 = 43,5 моль

(ii) Рассчитайте количество моль электронов, необходимое для производства 43,5 моль металлического натрия из ионов натрия:
Na ⁺ + e ^— → Na _(s)
мольное (стехиометрическое) соотношение e ^— : Na _(s) равно 1: 1
Следовательно, для производства 43,5 моль металлического натрия необходимо 43,5 моль электронов.

(iii) Рассчитайте необходимое количество заряда Q:
Q = n (e ^— ) F
n (e ^— ) = 43.5 моль
F = 96,500 C моль ^-1 (из техпаспорта)
Q = 43,5 × 96,500 = 4,197,750 ° C

(iv) Рассчитайте требуемую энергию E в джоулях.
E = Q × V
Q = 4,197,750 ° C
В = 4,5 В
E = 4,197,750 × 4,5 = 18,889,875 Дж

Перевести энергию в джоулях в энергию в киловатт-часах

1 киловатт-час = 3.6 × 10 ⁶ Дж
1 Дж = 1 ÷ (3,6 × 10 ⁶ ) = 2,78 × 10 ^-7 кВтч
18 889 875 Дж = 18 889 875 × 2,78 × 10 ^-7 = 5,25 кВтч

Правдоподобен ли ваш ответ?

Работа в обратном направлении: рассчитайте ЭДС, необходимую для производства 1 кг Na _(s) , используя 5,25 кВтч энергии.
E = Q × V
Итак, V = E ÷ Q

E = 5.25 кВт · ч = 5,25 кВт · ч × 3,6 × 10 ⁶ Дж кВт · ч ^-1 = 1,89 × 10 ⁷ Дж
так, V = 1,89 × 10 ⁷ ÷ Q

Поскольку Q = n (e) F и F = 96 500, Q = 96 500 n (e)
так, V = 1,89 × 10 ⁷ ÷ (96,500n (e))

На 1 моль е получено 1 моль Na ⁺ ,
n (e) = n (Na ⁺ ) = масса / молярная масса = 1000 / 22,99 = 43,5
так, V = 1.89 × 10 ⁷ ÷ (96 500 × 43,5) = 4,5 В

Поскольку это напряжение соответствует указанному в вопросе, мы достаточно уверены, что наше рассчитанное значение энергии является правильным.

Назовите свое решение проблемы:

E = 5,25 кВтч

Как я могу рассчитать рабочий ток питания и рассеиваемую мощность? | Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation

Рассеиваемая мощность должна быть рассчитана на основании следующих двух значений:

• Статический ток питания
• Динамический ток питания

Рассеиваемая мощность может быть получена умножением указанного выше тока на напряжение, приложенное к ИС.

Статическое рассеивание мощности: P _S
Пока логические ИС КМОП находятся в статическом состоянии (т. Е. Пока его входной сигнал остается неизменным), в нем протекает небольшой ток, за исключением крошечного тока утечки, который протекает через внутреннюю обратную смещенный pn переход (известный как статический ток питания, I _CC ). Статическая рассеиваемая мощность равна I _CC , умноженному на напряжение питания.

P _S = V _CC x I _CC
V _CC : напряжение, приложенное к логической микросхеме
. I _CC : статический ток питания показан в техническом описании

Динамическое рассеяние мощности
Динамический ток питания — это ток, который протекает в логике CMOS, когда его вход переходит между высоким и низким.Этот ток протекает во время зарядки и разрядки емкости. Необходимо учитывать как паразитную емкость (внутреннюю эквивалентную емкость), так и емкость нагрузки. Динамическое рассеяние мощности достигается умножением этого тока на напряжение, подаваемое на P-канальный или N-канальный MOSFET. Здесь для простоты значение V _CC , при котором протекает максимальный ток, используется для расчета мощности.

Динамическое рассеяние мощности из-за емкости нагрузки (C _L ): P _L
P _L рассеивается, когда внешняя нагрузка заряжается и разряжается, как показано на правом рисунке.
Количество заряда (Q), накопленного на емкости нагрузки, рассчитывается следующим образом:

QL = C _L x V _CC
C _L : Емкость нагрузки

Пусть частота выходного сигнала равна f _OUT (= 1 / TOUT). Тогда средний ток (IL) выражается следующим образом:

IL = QL / T = C _L * V _CC * f _ВЫХ

Следовательно, динамическое рассеивание мощности (P _L ) составляет:

P _L = V _CC * IL ＝ C _L * V _CC ^ 2 * f _OUT

Если ИС имеет несколько выходов, ее динамическое рассеивание мощности можно рассчитать следующим образом:

P _L = V _CC ^ 2 * Σ （C _Ln * f _OUTn ）

.

No related posts.