Электричество. Мощность тока. Что такое мощность тока

Электричество. Мощность тока

Изучение электричества как физического явления начинается ещё со школьной скамьи. Многие педагоги, чтобы упростить понимание учениками излагаемого материала, прибегают к сравнению электрического тока в проводнике с движением жидкости по трубе. И хотя это сравнение является приближённым, схематически всё же удаётся описать процессы, связанные с явлением электричества в целом и протекания электрического тока в проводнике в частности. Но, как показывает практика, гораздо проще освоить все тонкости этого обширного раздела физики, если сразу рассматривать реально происходящие процессы без попытки найти им аналог в мире механических явлений.

Для описания электрических явлений, происходящих в проводниках, используют целый набор различных величин и параметров. Конечно, для практического применения электричества нас интересует мощность тока, но для определения этого параметра придётся познакомиться с другими основными характеристиками протекания электричества в проводнике.

Сила является одной из важных характеристик действия электрического тока. По своему физическому смыслу она показывает количество электричества (величину заряда), которое пропускает электрическая цепь в единицу времени. Для этого в расчёт берётся величина электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени. В математическом виде эта величина выглядит как кулон (Кл) разделённый на секунду (с). За единицу измерения силы тока взята величина ампер (А).

Следующим параметром, который принимается во внимание, когда рассчитывается мощность тока, является напряжение. Учитывая то, что электрический ток – это упорядоченное перемещение частиц, имеющих заряд, для создания этого движения необходимо наличие электрического поля. Так, для определения величины напряжения рассчитывают отношение работы тока на конкретном участке цепи к заряду, протекающему по нему. За единицу напряжения было решено взять вольт (В), который физически равен отношению единицы работы Дж к единице заряда Кл.

Используя амперметр, подключенный к цепи последовательно, определяем величину силы тока, а вольтметром, подключенным параллельно – напряжение. Мощность тока определяем уже аналитически, умножая силу на напряжение. Учитывая ранее принятые физические определения параметров, получим единицу мощности Дж/с или один ватт (Вт). Практически мы рассмотрели пример расчета в идеальном случае, при котором определили мощность постоянного тока.

Вот только зачастую в повседневной практике мы имеем дело с трёхфазным током. Определяем мощность трехфазного тока как сумму мощностей каждой отдельной фазы. Учитывая то, что каждая из них работает в режиме переменного тока, то в расчёт мощности добавляется множителем коэффициент мощности нагрузки cos j.

Посчитав суммарную мощность тока для разных способов подключения нагрузки для трёхфазного тока (а мы знаем их два – треугольником и звездой) получаем, что после несложных математических преобразований формула для расчёта в обоих случаях приняла один и тот же вид. К произведению напряжения на силу линейного тока и на коэффициент мощности нагрузки cos j добавляется множитель, равный квадратному корню из трёх (или в приближённом исчислении 1,73).

Изучив понятие «мощность тока» стоит напомнить о существовании двух её основных видов. Для активной электрической мощности характерно преобразование в другие виды энергии. Ею может быть световая, тепловая, механическая и другие. Для измерения используются ватты, киловатты, мегаватты.

При рассмотрении реактивной электрической энергии подразумевают величину, которая характеризуется электрической нагрузкой, создаётся потребителями энергии колебания электромагнитного поля. Зачастую этот вид энергии характерен для двигателей. В качестве единицы измерения принимают вольт – ампер реактивный (ВАр).

fb.ru

Работа и мощность тока

У каждого из нас дома есть счетчик, по показаниям которого мы ежемесячно платим за электричество. Мы оплачиваем какое-то количество киловатт-часов. Что же такое эти киловатт-часы? За что конкретно мы платим? Разберемся :)

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

Работа тока на участке цепи: формула

Итак, мы приходим к тому, что работа тока равна произведению напряжения на участке электрической цепи на величину заряда. Заряд же, как известно, можно найти произведением силы тока на время прохождения тока. Итак, получаем формулу для определения работы тока:

A=Uq , q=It , получаем A=UIt ;

где A - работа, U- напряжение, I - сила тока, q - заряд, t - время.

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

Мощность электрического тока

Чтобы разобраться с этим вопросом, надо рассмотреть еще одно понятие - мощность электрического тока. Мощность тока – это работа тока, совершенная в единицу времени. То есть, мощность можно найти, разделив работу на время. А работа, как мы уже знаем – это произведение силы тока на напряжение и на время. Таким образом, время сократится, и мы получим произведение силы тока на напряжение. Для мощности тока формула будет иметь следующий вид:

P=A/t , A=UIt , получаем P=UIt/t , то есть P=UI ;

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

Работа и мощность электрического тока связаны теснейшим образом. Фактически, работа – это мощность тока в каждый момент времени, взятая за определенный промежуток времени. Именно поэтому счетчики в квартирах измеряют работу тока не в джоулях, а в киловатт-часах. Просто величина мощности в 1 ватт – это очень небольшая мощность, и если бы мы платили за ватты-в-секунду, мы бы оплачивали десятки и сотни тысяч таких единиц. Для упрощения расчетов и приняли единицу «киловатт-час».

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Последовательное и параллельное соединение проводников Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЗакон Джоуля-Ленца: работа тока равна количеству теплоты

Все неприличные комментарии будут удаляться.

www.nado5.ru

мощность тока - это... Что такое мощность тока?

мощность тока n

electr. Stromleistung

Универсальный русско-немецкий словарь. Академик.ру. 2011.

мощность теплосъёма, теплогенерация
мощность тока нагрева

Смотреть что такое "мощность тока" в других словарях:

мощность тока — srovės galia statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektros srovės galia. atitikmenys: angl. current power vok. Stromleistung, f rus. мощность тока, f pranc. puissance de courant, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
мощность тока — srovės galia statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. current power vok. Stromleistung, f rus. мощность тока, f pranc. puissance de courant, f … Fizikos terminų žodynas
Мощность — Размерность L2MT−3 Единицы измерения СИ Вт СГС … Википедия
МОЩНОСТЬ (электрическая) — МОЩНОСТЬ электрическая, работа электрического тока в единицу времени. В цепи постоянного тока мощность равна произведению напряжения и тока. В цепи переменного тока различают полную мощность (см. ПОЛНАЯ МОЩНОСТЬ), активную мощность (см. АКТИВНАЯ… … Энциклопедический словарь
мощность короткого замыкания — мощность короткого замыкания: Условная величина, равная увеличенному в раз произведению тока трехфазного короткого замыкания на номинальное напряжение соответствующей электрической сети. [ГОСТ 26522 85, статья 68] Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
МОЩНОСТЬ — электрическая работа электрического тока в единицу времени. В цепи постоянного тока мощность равна произведению напряжения и тока. В цепи переменного тока различают полную мощность, активную мощность, реактивную мощность … Большой Энциклопедический словарь
МОЩНОСТЬ — (1) энергетическая характеристика, выражаемая отношением (см.) к промежутку (см.), в течение которого она совершена. Единицей мощности в СИ является (см.), обозначается Вт; (2) М. звука энергия, передаваемая звуковой волной через какую либо… … Большая политехническая энциклопедия
Мощность (физика) — Мощность физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. Эффективная мощность, мощность двигателя, отдаваемая рабочей машине непосредственно или через силовую передачу.… … Википедия
МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ — мощность электрического тока, т. е. работа электрического тока в единицу времени. Измеряется в ваттах (см.) (вт) или производных от ватта единицах: гектоваттах (1 гвт = 100 вт), киловаттах (1 квт = 1000 вт). Обозначается буквой Р. Плата с… … Краткая энциклопедия домашнего хозяйства
МОЩНОСТЬ ДЕЙСТВИТЕЛЬНАЯ, или АКТИВНАЯ — (в электротехнике) количество энергии, отдаваемое или потребляемое машиной в одну секунду. Выражается всегда в W или kW. В случае переменного тока под активной мощностью понимают среднее значение мощности за полный период изменения тока. Самойлов … Морской словарь
МОЩНОСТЬ КАЖУЩАЯСЯ — (Apparent power) в электротехнике произведение из действующего напряжения на действующую силу тока. Выражается VA или kVA. В случае многофазной системы под кажущейся мощностью понимается сумма мощностей всех фаз. Самойлов К. И. Морской словарь. М … Морской словарь

universal_ru_de.academic.ru

Что такое ток

Здравствуйте!

Сегодня мы расскажем, что такое ток, в чем он измеряется, что такое сила тока и каким он бывает. На сегодняшний день мы уже не представляем комфортной жизни без электричества в быту. И так, что же такое ток?

Что такое ток

Описание

Начнём с термина из википедии:

Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

Если говорить простым языком то электрический ток - это упорядоченное движение электрически заряженных частиц в любом проводнике. Для его появления нужно создание электрического поля, потому что под воздействием электрического поля заряженные частицы приходят в движение. Также электрические заряды возникают при плотном контакте различных веществ.

Иногда заряды могут свободно передвигаться между различными частями - тут речь идет о проводниках электрического тока. Если свободное передвижение частиц не возможно, то говорят об изоляторах.

проводники - почти все металлы, водные растворы кислот и солей;
изоляторы - эбонит, янтарь и различные кварцы газов.

Также есть такое понятие, как ток ток смещения, протекание которого обусловлено процессом заряда емкости, то есть изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками, движения частиц не происходит, но ток всё же через конденсатор протекает.

История электрического тока

Первая информация об электричестве, появилась несколько веков назад. В древности люди знали, что янтарь, потертый о шерсть, приобретает способность притягивать легкие предметы. Но только в конце шестнадцатого века в Англии исследовали это явление и выяснили, что подобные свойства есть у многих веществ. Вещества с этим свойством назвали наэлектризованными. Сегодня мы называем такие вещества заряженными.

Сила тока

Сила тока - это физическая величина, которая равна отношению количества заряда, проходящего за определённое время через проводник, к величине указанного промежутка времени. Сила тока измеряется в Амперах (А). Говоря о силе тока нельзя забывать такую величину как плотность тока.

Плотность тока - это отношение силы тока, который проходит сквозь конкретный элемент поверхности, к площади конкретного элемента.

Мощность тока

Мощность тока - это работа, которая выполняемая частицами электрического тока против электрического сопротивления (R). Результат этой работы виден в выделяющейся тепловой энергии. Простым языком мощность тока - это количество выделяемого тепла за единицу времени. Измеряется мощность в Ваттах (Вт)

Существуют два вида мощности:

Активная электрическая – преобразуется безвозвратно в другие виды энергии;
Реактивная электрическая – величина, характеризующаяся такой электрической нагрузкой, создаваемой потребителями колебаниями энергии электромагнитного поля.

Есть понятие, как допустимая суммарная мощность. Суммарная мощность определяет количество потребителей, которые могут быть одновременно подключены к сети и зависит от технических хар-ик сети. Недопустимо одновременное подключение суммарной мощностью, превышающей нормативную. Это может привести к перегрузке проводки и короткому замыканию.

Напряжение тока

Напряжение тока - это отношение работы тока к заряду на определённом участке цепи. Заряд тока измеряется в Кулонах (Кл), работа в Джоулях (Дж). И так мы можем измерить напряжения: 1Дж/1Кл. Таким образом, полученное значение равно 1 Вольту (В) - основной единице, в котором измеряют напряжения.

Электрическое сопротивление

Немецкий ученый Георг Симон Ом заметил, что различные приборы выдают различную силу тока при использовании разных электрических цепей. Так Ом доказал, что различные проводники имеют разное электрическое сопротивление. Расчет сопротивления довольно прост. Буква L обозначает длину проводника, S - площадь поперечного сечения. Таким образом сопротивление вычисляется по формуле R=L/S. Сопротивление измеряется в Омах.

Что такое постоянный и переменный ток

Постоянный ток - это ток, в котором величина и направление практически не меняется во времени. Постоянный ток не имеет частоты изменения.

Переменный ток - это ток, который меняется за определенный промежуток времени по величине и направлению.

Частота переменного тока

Частота переменного тока - это количество циклов изменения электрического тока за определенную единицу времени. Частота тока измеряется в Герцах (Гц).

мощность тока - это... Что такое мощность тока?

мощность тока

магутнасць току

Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов. 2013.

мощность теплового рассеяния аппаратуры
мощность удельная

Смотреть что такое "мощность тока" в других словарях:

мощность тока — srovės galia statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektros srovės galia. atitikmenys: angl. current power vok. Stromleistung, f rus. мощность тока, f pranc. puissance de courant, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
мощность тока — srovės galia statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. current power vok. Stromleistung, f rus. мощность тока, f pranc. puissance de courant, f … Fizikos terminų žodynas
Мощность — Размерность L2MT−3 Единицы измерения СИ Вт СГС … Википедия
МОЩНОСТЬ (электрическая) — МОЩНОСТЬ электрическая, работа электрического тока в единицу времени. В цепи постоянного тока мощность равна произведению напряжения и тока. В цепи переменного тока различают полную мощность (см. ПОЛНАЯ МОЩНОСТЬ), активную мощность (см. АКТИВНАЯ… … Энциклопедический словарь
мощность короткого замыкания — мощность короткого замыкания: Условная величина, равная увеличенному в раз произведению тока трехфазного короткого замыкания на номинальное напряжение соответствующей электрической сети. [ГОСТ 26522 85, статья 68] Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
МОЩНОСТЬ — электрическая работа электрического тока в единицу времени. В цепи постоянного тока мощность равна произведению напряжения и тока. В цепи переменного тока различают полную мощность, активную мощность, реактивную мощность … Большой Энциклопедический словарь
МОЩНОСТЬ — (1) энергетическая характеристика, выражаемая отношением (см.) к промежутку (см.), в течение которого она совершена. Единицей мощности в СИ является (см.), обозначается Вт; (2) М. звука энергия, передаваемая звуковой волной через какую либо… … Большая политехническая энциклопедия
Мощность (физика) — Мощность физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. Эффективная мощность, мощность двигателя, отдаваемая рабочей машине непосредственно или через силовую передачу.… … Википедия
МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ — мощность электрического тока, т. е. работа электрического тока в единицу времени. Измеряется в ваттах (см.) (вт) или производных от ватта единицах: гектоваттах (1 гвт = 100 вт), киловаттах (1 квт = 1000 вт). Обозначается буквой Р. Плата с… … Краткая энциклопедия домашнего хозяйства
МОЩНОСТЬ ДЕЙСТВИТЕЛЬНАЯ, или АКТИВНАЯ — (в электротехнике) количество энергии, отдаваемое или потребляемое машиной в одну секунду. Выражается всегда в W или kW. В случае переменного тока под активной мощностью понимают среднее значение мощности за полный период изменения тока. Самойлов … Морской словарь
МОЩНОСТЬ КАЖУЩАЯСЯ — (Apparent power) в электротехнике произведение из действующего напряжения на действующую силу тока. Выражается VA или kVA. В случае многофазной системы под кажущейся мощностью понимается сумма мощностей всех фаз. Самойлов К. И. Морской словарь. М … Морской словарь

physica_ru_bel.academic.ru

Сила тока - это... Что такое Сила тока?

Основная статья: Сила тока

Силой тока называется физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах.

По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи :

— где e — заряд электрона, n — концентрация частиц, S — площадь поперечного сечения проводника, — средняя скорость упорядоченного движения электронов.

Единица измерения в СИ — 1 Ампер (А) = 1 Кулон / секунду.

Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр).

Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).

В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).

Литература

Б. М. Ярославский, Справочник по физике — М.,"Наука"

См. также

dic.academic.ru

Мощность тока - Википедия

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мгновенная электрическая мощность[ | ]

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

По определению, электрическое напряжение — это отношение работы электрического поля, совершенной при переносе пробного электрического заряда из точки A{\displaystyle A} в точку B{\displaystyle B}, к величине пробного заряда. То есть можно сказать, что электрическое напряжение равно работе по переносу единичного заряда из точки A{\displaystyle A} в точку B{\displaystyle B}. Другими словами, при движении единичного заряда по участку электрической цепи он совершит работу, численно равную электрическому напряжению, действующему на участке цепи. Умножив работу на количество единичных зарядов, мы, таким образом, получаем работу, которую совершают эти заряды при движении от начала участка цепи до его конца. Мощность, по определению, — это работа в единицу времени. Введём обозначения:

U{\displaystyle U} — напряжение на участке A−B{\displaystyle A-B} (принимаем его постоянным на интервале Δt{\displaystyle \Delta t}), Q{\displaystyle Q} — количество зарядов, прошедших от A{\displaystyle A} к B{\displaystyle B} за время Δt{\displaystyle \Delta t}, A{\displaystyle A} — работа, совершённая зарядом Q{\displaystyle Q} при движении по участку A−B{\displaystyle A-B}, P{\displaystyle P} — мощность.

Записывая вышеприведённые рассуждения, получаем:

PA−B=AΔt{\displaystyle P_{A-B}={\frac {A}{\Delta t}}}

Для единичного заряда на участке A−B{\displaystyle A-B}:

Pe(A−B)=UΔt{\displaystyle P_{e(A-B)}={\frac {U}{\Delta t}}}

Для всех зарядов:

PA−B=UΔt⋅Q=U⋅QΔt{\displaystyle P_{A-B}={\frac {U}{\Delta t}}\cdot {Q}={U}\cdot {\frac {Q}{\Delta t}}}

Поскольку ток есть электрический заряд, протекающий по проводнику в единицу времени, то есть I=QΔt{\displaystyle I={\frac {Q}{\Delta t}}} по определению, в результате получаем:

PA−B=U⋅I{\displaystyle P_{A-B}=U\cdot I}.

Полагая время бесконечно малым, можно принять, что величины напряжения и тока за это время тоже изменятся бесконечно мало. В итоге получаем следующее определение мгновенной электрической мощности:

мгновенная электрическая мощность p(t){\displaystyle p(t)}, выделяющаяся на участке электрической цепи, есть произведение мгновенных значений напряжения u(t){\displaystyle u(t)} и силы тока i(t){\displaystyle i(t)} на этом участке:

p(t)=u(t)⋅i(t).{\displaystyle p(t)=u(t)\cdot i(t).}

Если участок цепи содержит резистор c электрическим сопротивлением R{\displaystyle R}, то

p(t)=i(t)2⋅R=u(t)2R{\displaystyle p(t)=i(t)^{2}\cdot R={\frac {u(t)^{2}}{R}}}.

Дифференциальные выражения для электрической мощности[ | ]

Мощность, выделяемая в единице объёма, равна:

w=dPdV=E⋅j{\displaystyle w={\frac {dP}{dV}}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {j} },

где E{\displaystyle \mathbf {E} } — напряжённость электрического поля, j{\displaystyle \mathbf {j} } — плотность тока. Отрицательное значение скалярного произведения (векторы E{\displaystyle \mathbf {E} } и j{\displaystyle \mathbf {j} } противонаправлены или образуют тупой угол) означает, что в данной точке электрическая мощность не рассеивается, а генерируется за счёт работы сторонних сил.

В случае изотропной среды в линейном приближении:

w=σE2=E2ρ=ρj2=j2σ{\displaystyle w=\sigma E^{2}={\frac {E^{2}}{\rho }}=\rho j^{2}={\frac {j^{2}}{\sigma }}},

где σ=def1ρ{\displaystyle \sigma \,{\overset {\underset {\mathrm {def} }{}}{=}}\,{\frac {1}{\rho }}} — удельная проводимость, величина, обратная удельному сопротивлению.

В случае наличия анизотропии (например, в монокристалле или жидком кристалле, а также при наличии эффекта Холла) в линейном приближении:

w=σαβEαEβ{\displaystyle w=\sigma _{\alpha \beta }E_{\alpha }E_{\beta }},

где σαβ{\displaystyle \sigma _{\alpha \beta }} — тензор проводимости.

Мощность постоянного тока[ | ]

Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то мощность можно вычислить по формуле:

P=I⋅U{\displaystyle P=I\cdot U}.

Для пассивной линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома, можно записать:

P=I2⋅R=U2R{\displaystyle P=I^{2}\cdot R={\frac {U^{2}}{R}}}, где R{\displaystyle R} — электрическое сопротивление.

Если цепь содержит источник ЭДС, то отдаваемая им или поглощаемая на нём электрическая мощность равна:

P=I⋅E{\displaystyle P=I\cdot {\mathcal {E}}}, где E{\displaystyle {\mathcal {E}}} — ЭДС.

Если ток внутри ЭДС противонаправлен градиенту потенциала (течёт внутри ЭДС от плюса к минусу), то мощность поглощается источником ЭДС из сети (например, при работе электродвигателя или заряде аккумулятора), если сонаправлен (течёт внутри ЭДС от минуса к плюсу), то отдаётся источником в сеть (скажем, при работе гальванической батареи или генератора). При учёте внутреннего сопротивления источника ЭДС выделяемая на нём мощность p=I2⋅r{\displaystyle p=I^{2}\cdot r} прибавляется к поглощаемой или вычитается из отдаваемой.

Мощность переменного тока[ | ]

В цепях переменного тока формула для мощности постоянного тока может быть применена лишь для расчёта мгновенной мощности, которая сильно изменяется во времени и для большинства простых практических расчётов не слишком полезна непосредственно. Прямой расчёт среднего значения мощности требует интегрирования по времени. Для вычисления мощности в цепях, где напряжение и ток изменяются периодически, среднюю мощность можно вычислить, интегрируя мгновенную мощность в течение периода. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Для того, чтобы связать понятия полной, активной, реактивной мощностей и коэффициента мощности, удобно обратиться к теории комплексных чисел. Можно считать, что мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой частью, полная мощность — модулем, а угол φ{\displaystyle \varphi } (сдвиг фаз) — аргументом. Для такой модели оказываются справедливыми все выписанные ниже соотношения.

Активная мощность[ | ]

Единица измерения — ватт (русское обозначение: Вт; международное: W).

P=U⋅I⋅cos⁡φ{\displaystyle P=U\cdot I\cdot \cos \varphi }.

Среднее за период T{\displaystyle T} значение мгновенной мощности называется активной электрической мощностью или электрической мощностью: P=1T∫0Tp(t)dt{\displaystyle P={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}p(t)dt}. В цепях однофазного синусоидального тока P=U⋅I⋅cos⁡φ{\displaystyle P=U\cdot I\cdot \cos \varphi }, где U{\displaystyle U} и I{\displaystyle I} — среднеквадратичные значения напряжения и тока, φ{\displaystyle \varphi } — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r{\displaystyle r} или её проводимость g{\displaystyle g} по формуле P=I2⋅r=U2⋅g{\displaystyle P=I^{2}\cdot r=U^{2}\cdot g}. В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S{\displaystyle S} активная связана соотношением P=S⋅cos⁡φ{\displaystyle P=S\cdot \cos \varphi }.

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной мощностью.

Реактивная мощность[ | ]

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (русское обозначение: вар; международное: var)[1].

Q=U⋅I⋅sin⁡φ{\displaystyle Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi }.

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U{\displaystyle U} и тока I{\displaystyle I}, умноженному на синус угла сдвига фаз φ{\displaystyle \varphi } между ними: Q=U⋅I⋅sin⁡φ{\displaystyle Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi } (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S{\displaystyle S} и активной мощностью P{\displaystyle P} соотношением: |Q|=S2−P2{\displaystyle |Q|={\sqrt {S^{2}-P^{2}}}}.

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin⁡φ{\displaystyle \sin \varphi } для значений φ{\displaystyle \varphi } от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin⁡φ{\displaystyle \sin \varphi } для значений φ{\displaystyle \varphi } от 0 до −90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q=UIsin⁡φ{\displaystyle Q=UI\sin \varphi }, реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии, возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Полная мощность[ | ]

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (русское обозначение: В·А; международное: V·A)[1].

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I{\displaystyle I} в цепи и напряжения U{\displaystyle U} на её зажимах: S=U⋅I{\displaystyle S=U\cdot I}; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: S=P2+Q2,{\displaystyle S={\sqrt {P^{2}+Q^{2}}},} где P{\displaystyle P} — активная мощность, Q{\displaystyle Q} — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q>0{\displaystyle Q>0}, а при ёмкостной Q<0{\displaystyle Q<0}).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой: S⟶=P⟶+Q⟶.{\displaystyle {\stackrel {\longrightarrow }{S}}={\stackrel {\longrightarrow }{P}}+{\stackrel {\longrightarrow }{Q}}.}

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому полная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Комплексная мощность[ | ]

Мощность, аналогично импедансу, можно записать в комплексном виде:

S˙=U˙I˙∗=I2Z=U2Z∗,{\displaystyle {\dot {S}}={\dot {U}}{\dot {I}}^{*}=I^{2}\mathbb {Z} ={\frac {U^{2}}{\mathbb {Z} ^{*}}},} где U˙{\displaystyle {\dot {U}}} — комплексное напряжение, I˙{\displaystyle {\dot {I}}} — комплексный ток, Z{\displaystyle \mathbb {Z} } — импеданс, * — оператор комплексного сопряжения.

Модуль комплексной мощности |S˙|{\displaystyle \left|{\dot {S}}\right|} равен полной мощности S{\displaystyle S}. Действительная часть Re(S˙){\displaystyle \mathrm {Re} ({\dot {S}})} равна активной мощности P{\displaystyle P}, а мнимая Im(S˙){\displaystyle \mathrm {Im} ({\dot {S}})} — реактивной мощности Q{\displaystyle Q} с корректным знаком в зависимости от характера нагрузки.

Измерения[ | ]

Для измерения электрической мощности применяются ваттметры и варметры, можно также использовать косвенный метод, с помощью вольтметра и амперметра.
Для измерения коэффициента реактивной мощности применяют фазометры
Государственный эталон — ГЭТ 153—2012 Государственный первичный эталон единицы электрической мощности в диапазоне частот от 1 до 2500 Гц. Институт-хранитель: ВНИИМ

Мощность некоторых электрических приборов[ | ]

В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока:

Электрический прибор Мощность,Вт

лампочка фонарика	1
сетевой роутер, хаб	10…20
системный блок ПК	100…1700
системный блок сервера	200…1500
монитор для ПК ЭЛТ	15…200
монитор для ПК ЖК	2…40
лампа люминесцентная бытовая	5…30
лампа накаливания бытовая	25…150
Холодильник бытовой	15…700
Электропылесос	100… 3000
Электрический утюг	300…2 000
Стиральная машина	350…2 000
Электрическая плитка	1 000…2 000
Сварочный аппарат бытовой	1 000…5 500
Двигатель лифта невысокого дома	3 000...15 000
Двигатель трамвая	45 000…50 000
Двигатель электровоза	650 000
Электродвигатель шахтной подъемной машины	1 000 000...5 000 000
Электродвигатели прокатного стана	6 000 000…9 000 000

См. также[ | ]

Примечания[ | ]

Литература[ | ]

ГОСТ 8.417-2002 Единицы величин
ПР 50.2.102-2009 Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации
Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. — М: Высшая школа, 1984.
Гольдштейн Е. И., Сулайманов А. О., Гурин Т. С. Мощностные характеристики электрических цепей при несинусоидальных токах и напряжениях. ТПУ, — Томск, 2009, Деп. в ВИНИТИ, 06.04.09, № 193—2009. — 146 с.

Ссылки[ | ]

encyclopaedia.bid

Каталог товаров