Snaga električne struje je brzina rada u krugu. Jednostavna definicija, gnjavaža s razumijevanjem. Snaga se dijeli na aktivnu i reaktivnu. I počinje...
Rad električne struje, snaga
Kada se naboj kreće duž vodiča, polje radi na njemu. Kvantitet karakterizira napetost, za razliku od napetosti u slobodnom prostoru. Naboji se kreću u smjeru smanjenja potencijala; potreban je izvor energije. Napon je brojčano jednak radu polja pri pomicanju jediničnog naboja (1 C) u području. Tijekom međudjelovanja električna energija se pretvara u druge oblike. Stoga je potrebno uvesti univerzalnu jedinicu, fizičku slobodno konvertibilnu valutu. U tijelu je mjera ATP, elektricitet je rad polja.
Električni luk
Na dijagramu je trenutak pretvorbe energije prikazan u obliku izvora emf. Ako su generatori usmjereni u jednom smjeru, potrošači moraju biti usmjereni u drugom smjeru. Jasna činjenica odražava proces potrošnje i dobivanja energije iz izvora energije. EMF ima suprotan predznak, često se naziva povratni EMF. Izbjegavajte brkati koncept s fenomenom koji se događa u induktorima kada je struja isključena. Povratni EMF znači prijelaz električne energije u kemijsku, mehaničku i svjetlosnu energiju.
Potrošač želi dovršiti posao u određenom vremenskom roku. Očito kosilica ne namjerava čekati zimu, nada se da će završiti do ručka. Snaga izvora mora osigurati navedenu brzinu izvršenja. Rad se provodi električnom strujom, stoga se koncept također primjenjuje. Snaga može biti djelatna, jalova, korisna i snaga gubitka. Područja označena fizičkim dijagramima kao otpori su štetna u praksi i predstavljaju troškove. Toplina se stvara na otpornicima vodiča, Joule-Lenz efekt dovodi do nepotrebne potrošnje energije. Izuzetak su uređaji za grijanje, gdje je pojava poželjna.
Koristan rad na fizičkim krugovima označen je povratnim EMF-om (konvencionalni izvor sa smjerom suprotnim od generatora). Postoji nekoliko analitičkih izraza za snagu. Ponekad je prikladno koristiti jedno, u drugim slučajevima - drugo (vidi sliku):
Izrazi strujne snage
- Snaga je brzina kojom se rad obavlja.
- Snaga je jednaka naponu puta struji.
- Snaga potrošena na toplinsko djelovanje jednaka je umnošku otpora i kvadrata struje.
- Snaga potrošena na toplinsko djelovanje jednaka je omjeru kvadrata napona i otpora.
Za one koji su se opskrbili strujnim stezaljkama, lakše je koristiti drugu formulu. Bez obzira na prirodu opterećenja, izračunat ćemo snagu. Samo aktivno. Snaga je određena mnogim čimbenicima, uključujući temperaturu. Pod nominalnom vrijednošću za uređaj podrazumijevamo vrijednost razvijenu u stabilnom stanju. Za grijače treba koristiti treću i četvrtu formulu. Snaga u potpunosti ovisi o parametrima opskrbne mreže. Dizajniran za rad na 110 V AC u europskim uvjetima brzo će izgorjeti.
Trofazni krugovi
Za početnike, trofazni krugovi izgledaju komplicirani, ali zapravo je ovo elegantnije tehničko rješenje. Čak je i kuća opskrbljena strujom preko tri linije. Unutar ulaza podijeljeni su na stanove. Još više zbunjuje to što neki trofazni uređaji nemaju uzemljenje ili neutralnu žicu. Krugovi s izoliranom nultom. Neutralna žica nije potrebna; struja se vraća u izvor kroz fazne vodove. Naravno, ovdje se povećava opterećenje svake jezgre. Zahtjevi PUE zasebno određuju vrstu mreže. Za trofazne krugove uvode se sljedeći koncepti koje morate razumjeti kako biste ispravno izračunali snagu:
Trofazni krug s izoliranom nultom
- Fazni napon i struja nazivaju se, odnosno, potencijalna razlika i brzina kretanja naboja između faze i nule. Jasno je da će u gore navedenom slučaju s potpunom izolacijom formule biti nevažeće. Jer nema neutralnog.
- Linearni napon i struja nazivaju se, odnosno, potencijalna razlika ili brzina kretanja naboja između bilo koje dvije faze. Brojke su jasne iz konteksta. Kada govore o mreži od 400 volti, misle na tri žice, razlika potencijala s nultom je 230 volti. Linijski napon je viši od faznog napona.
Postoji fazni pomak između napona i struje. Ono o čemu školska fizika šuti. Faze su iste ako je opterećenje 100% aktivno (jednostavni otpornici). Inače se pojavljuje pomak. U induktivnosti, struja zaostaje za naponom za 90 stupnjeva, u kapacitetu vodi. Jednostavnu istinu lako je zapamtiti kako slijedi (glatko se približavamo reaktivnoj snazi). Imaginarni dio otpora induktiviteta je jωL, gdje je ω kružna frekvencija jednaka uobičajenoj (u Hz) pomnožena s 2 Pi; j je operator koji pokazuje smjer vektora. Sada zapisujemo Ohmov zakon: U = I R = I jωL.
Iz jednakosti je jasno: napon se mora nacrtati prema gore za 90 stupnjeva pri izradi dijagrama, struja će ostati na apscisnoj osi (vodoravna X os). Prema pravilima radiotehnike, rotacija se odvija u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Sada je činjenica očita: struja zaostaje za 90 stupnjeva. Po analogiji, napravimo usporedbu za kondenzator. Otpor na izmjeničnu struju u zamišljenom obliku izgleda ovako: -j/ωL, znak označava: napon će trebati spustiti, okomito na os apscise. Stoga je struja 90 stupnjeva ispred u fazi.
U stvarnosti, paralelno s imaginarnim dijelom, postoji stvarni dio - koji se zove aktivni otpor. Žica zavojnice predstavljena je otpornikom, a kada je upletena, dobiva induktivna svojstva. Stoga stvarni fazni kut neće biti 90 stupnjeva, već nešto manji.
A sada možemo prijeći na formule za trenutnu snagu trofaznih krugova. Ovdje linija tvori fazni pomak. Između napona i struje, te u odnosu na drugi vod. Slažem se, bez znanja koje su autori pažljivo predstavili, činjenica se ne može shvatiti. Između vodova industrijske trofazne mreže pomak je 120 stupnjeva (puna rotacija - 360 stupnjeva). Osigurat će jednoliku rotaciju polja u motorima; običnim potrošačima to nije važno. Ovo je prikladnije za generatore hidroelektrana - opterećenje je uravnoteženo. Pomak se događa između linija, u svakoj struja vodi napon ili zaostaje:
- Ako je linija simetrična, strujni pomaci između bilo kojih faza iznose 120 stupnjeva, formula je krajnje jednostavna. Ali! Ako je opterećenje simetrično. Pogledajmo sliku: faza f nije 120 stupnjeva, karakterizira pomak između napona i struje svake linije. Pretpostavlja se da je uključen motor s tri jednaka namota, dobiva se sljedeći rezultat. Ako je opterećenje neuravnoteženo, potrudite se napraviti izračune za svaki vod zasebno, zatim zbrojite rezultate kako biste dobili ukupnu jakost struje.
- Druga skupina formula dana je za trofazne krugove s izoliranom nultom. Pretpostavlja se da struja iz jednog voda teče kroz drugi. Neutralno nedostaje kao nepotrebno. Stoga se naponi ne uzimaju kao fazni naponi (nema se od čega računati), kao u prethodnoj formuli, već linearni. Sukladno tome, brojevi pokazuju koji parametar treba uzeti. Prestanite se bojati grčkih slova - faze između dva umnožena parametra. Brojevi se zamjenjuju (1.2 ili 2.1) kako bi se ispravno objasnio znak.
- U asimetričnom krugu ponovno se pojavljuju fazni napon i struja. Ovdje se izračun provodi zasebno za svaku liniju. Nema opcija.
U praksi izmjerite trenutnu snagu
Nagovijestili su da možete koristiti strujne kliješta. Uređaj će vam omogućiti da odredite parametre krstarenja bušilice. Ubrzanje se može otkriti samo ponovljenim eksperimentima; proces je iznimno brz, učestalost promjena prikaza nije veća od 3 puta u sekundi. Strujna kliješta pokazuju pogrešku. Praksa pokazuje da je teško postići pogrešku navedenu u putovnici.
Češće se za procjenu snage koriste brojila (za plaćanja tvrtkama dobavljačima) i vatmetri (za osobne i radne potrebe). Pokazivač sadrži par nepomičnih zavojnica kroz koje teče struja kruga, pomični okvir za uspostavljanje napona paralelnim spajanjem opterećenja. Dizajn je dizajniran za trenutnu implementaciju formule pune snage (vidi sliku). Struja se množi s naponom i određenim koeficijentom koji uzima u obzir stupnjevanje ljestvice, također i kosinusom faznog pomaka između parametara. Kao što je gore spomenuto, pomak se uklapa unutar 90 - minus 90 stupnjeva, dakle, kosinus je pozitivan, okretni moment strelice usmjeren je u jednom smjeru.
Ne postoji način da se utvrdi je li opterećenje induktivno ili kapacitivno. Ali ako je neispravno spojen na strujni krug, očitanja će biti negativna (okrenuta na jednu stranu). Sličan događaj će se dogoditi ako potrošač iznenada počne prenositi snagu natrag na opterećenje (to se događa). U modernim uređajima događa se nešto slično; izračune provodi elektronički modul koji integrira potrošnju energije ili očitava očitanja snage. Umjesto igle, tu je elektronički indikator i mnoge druge korisne opcije.
Posebni problemi proizlaze iz mjerenja u asimetričnim krugovima s izoliranom nultom, gdje se snaga svakog voda ne može izravno dodati. Wattmetri su podijeljeni na principe rada:
- elektrodinamički. Opisano u odjeljku. Sastoje se od jedne pokretne i dvije fiksne zavojnice.
- Ferodinamički. Podsjeća me na motor sa zasjenjenim polom.
- S kvadratorom. Amplitudno-frekvencijski odziv nelinearnog elementa (na primjer, diode), nalik paraboli, koristi se za kvadriranje električne veličine (koristi se u izračunima).
- Sa Hall senzorom. Ako se indukcija izvodi pomoću zavojnice proporcionalne naponu magnetskog polja u senzoru, primjenjuje se struja, EMF će biti rezultat množenja dviju veličina. Potrebna količina.
- Usporednici. Postupno povećava referentni signal dok se ne postigne jednakost. Digitalni instrumenti postižu visoku točnost.
U krugovima s jakim faznim pomakom koristi se sinusni vatmetar za procjenu gubitaka. Dizajn je sličan razmatranom, prostorni položaj je takav da se izračunava jalova snaga (vidi sliku). U tom slučaju pomnožite umnožak struje i napona sa sinusom faznog kuta. Jalovu snagu mjerimo konvencionalnim (aktivnim) vatmetrom. Postoji nekoliko metoda. Na primjer, u trofaznom simetričnom krugu morate spojiti serijski namot na jednu liniju, a paralelni namot na druga dva. Zatim se izrađuju izračuni: očitanja instrumenta množe se s korijenom od tri (uzimajući u obzir da indikator pokazuje proizvod struje, napona i sinusa kuta između njih).
Za trofazni krug s jednostavnom asimetrijom zadatak postaje kompliciraniji. Na slici je prikazana tehnika dva vatmetra (ferodinamički ili elektrodinamički). Počeci namota označeni su zvjezdicama. Struja prolazi kroz seriju, napon iz dvije faze se dovodi u paralelu (jedna kroz otpornik). Algebarski zbroj očitanja obaju vatmetara zbraja se i množi s korijenom od tri kako bi se dobila vrijednost jalove snage.
Uz pomoć ove video lekcije možete samostalno proučavati temu "Snaga električne struje". Koristeći ovaj video materijal, možete dobiti ideju o novom pojmu - električna energija. Nastavnik će govoriti o tome što je snaga – rad po jedinici vremena – te kako tu vrijednost pravilno koristiti i izračunati.
Definicija
Snaga je rad obavljen u jedinici vremena.
Dokumenti za svaki električni uređaj u pravilu pokazuju dvije vrijednosti: napon (obično 220 V) i snagu ovog uređaja.
Da biste odredili električnu snagu, potrebno je podijeliti rad električne struje s vremenom kada struja teče kroz električni krug.
P - električna snaga (u mehanici N - mehanička snaga)
A - rad
Rad se mjeri u džulima (J);
Vrijeme - u sekundama (s);
Snaga (električna i mehanička) mjeri se u vatima (W).
Uređaj za mjerenje snage je vatmetar (slika 1).
Riža. 1. Vatmetar
Rad se definira kao umnožak struje, napona i vremena koje struja teče kroz električni krug.
U formuli za izračun rada zamijenimo ga u formulu za izračun snage, vrijeme t će se smanjiti. To znači da snaga ne ovisi o vremenu protoka električne struje u strujnom krugu, već se definira kao umnožak napona i struje.
Iz Ohmovog zakona za dio kruga
Snaga električne struje je veličina koja karakterizira rad određenog uređaja. U svakodnevnom životu svi su uređaji dizajnirani za isti napon - 220 V. Iz prve jednadžbe slijedi da ako se snaga povećava, napon je konstantan, tada će se i struja povećati.
Na primjer, prilikom zagrijavanja vode u električnom kuhalu za vodu zagrijava se žica koja povezuje kuhalo za vodu s električnim krugom. To znači da je snaga kuhala dosta velika, napon je 220 V, a struja koja teče u krugu uključenog kuhala također je prilično velika.
Plaćanjem električne energije plaćamo rad električne struje. Ovo plaćanje se vrši po kilovatsatu.
1 kW=1000 W;
1 sat = 3600 s;
(rad se definira kao snaga pomnožena s vremenom);
1 kW∙h =3 600 000 J.
Dobili smo jedinicu za izračun rada električne struje - 1 kW∙h = 3 600 000 J.
Na temelju navedenog možemo zaključiti da je nemoguće priključiti nekoliko uređaja u istu utičnicu odjednom. Napon je konstantan (220 V), ali struja u krugu varira. Što je više uređaja uključeno, to je veća električna struja u krugu.
Reference
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Prosvjeta.
- Electrono.ru ().
- Electricalschool.info().
- Stoom.ru ().
domaća zadaća
- 51, 52, pitanja 1-6, str. 121, 122, zadatak 25. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010.
- Nađite trenutnu snagu električne žarulje ako je struja u njoj 0,4 A, a napon u krugu 220 V.
- Kojim instrumentima se može mjeriti snaga električnog polja?
Suvremeni čovjek stalno se susreće s električnom energijom u svakodnevnom životu i na poslu, koristi uređaje koji troše električnu struju i uređaje koji je proizvode. Pri radu s njima uvijek treba voditi računa o njihovim mogućnostima koje su sadržane u tehničkim karakteristikama.
Jedan od glavnih pokazatelja bilo kojeg električnog uređaja je takva fizička veličina kao električna energija. Obično se naziva intenzitet ili brzina proizvodnje, prijenosa ili pretvorbe električne energije u druge vrste energije, na primjer toplinsku, svjetlosnu, mehaničku.
Prijevoz ili prijenos velikih električnih snaga za industrijske potrebe obavlja.
Transformacija se provodi u trafostanicama.
Potrošnja električne energije javlja se u kućanskim i industrijskim uređajima za razne namjene. Jedan od njihovih uobičajenih tipova je.
Električna snaga generatora, vodova i potrošača u strujnim krugovima istosmjerne i izmjenične struje ima isto fizikalno značenje, koje se ujedno izražava različitim omjerima ovisno o obliku kompozitnih signala. Kako bismo odredili opće obrasce, uveli smo koncepti trenutnih vrijednosti. Još jednom naglašavaju ovisnost brzine transformacija električne energije o vremenu.
Određivanje trenutne električne snage
U teoretskoj elektrotehnici, za izvođenje osnovnih odnosa između struje, napona i snage, koriste se njihovi prikazi u obliku trenutnih veličina, koje se bilježe u određenom trenutku u vremenu.
Ako u vrlo kratkom vremenu ∆t jedinični elementarni naboj q prijeđe iz točke “1” u točku “2” pod utjecajem napona U, tada izvrši rad jednak razlici potencijala između tih točaka. Podijelimo li ga s vremenskim intervalom ∆t, dobivamo izraz za trenutnu snagu za jedinični naboj Pe(1-2).
Budući da se pod utjecajem primijenjenog napona ne kreće samo jedan naboj, već i svi susjedni koji su pod utjecajem te sile, čiji je broj prikladno predstavljen brojem Q, tada za njih možemo napisati trenutnu vrijednost snage PQ(1-2).
Provedenim jednostavnim transformacijama dobivamo izraz za snagu P i ovisnost njezine trenutne vrijednosti p(t) o komponentama umnoška trenutne struje i(t) i napona u(t).
Određivanje istosmjerne električne snage
Veličina pada napona na dijelu kruga i struja koja teče kroz njega se ne mijenjaju i ostaju stabilni, jednaki trenutnim vrijednostima. Stoga se snaga u ovom krugu može odrediti množenjem ovih veličina ili dijeljenjem izvršenog rada A s vremenskim razdobljem za njegovo izvršenje, kao što je prikazano na slici objašnjenja.
Određivanje izmjenične električne snage
Zakoni sinusoidnih promjena struja i napona koji se prenose kroz električne mreže nameću svoj utjecaj na izražavanje snage u takvim krugovima. Ovdje djeluje ukupna snaga koja je opisana trokutom snage i sastoji se od aktivne i jalove komponente.
Električna struja sinusnog oblika pri prolasku kroz vodove s mješovitim vrstama opterećenja u svim dionicama ne mijenja oblik svojih harmonika. I pad napona preko reaktivnih opterećenja pomiče se u fazi u određenom smjeru. Izrazi trenutnih veličina pomažu u razumijevanju utjecaja primijenjenih opterećenja na promjenu snage u krugu i njezin smjer.
Istodobno, odmah obratite pozornost na činjenicu da su smjer protoka struje od generatora do potrošača i prenesena snaga kroz stvoreni krug potpuno različite stvari, koje u nekim slučajevima ne samo da se ne podudaraju, već su i usmjerene u suprotnim smjerovima.
Razmotrimo ove odnose u njihovoj idealnoj, čistoj manifestaciji za različite vrste opterećenja:
aktivan;
kapacitivni;
induktivni.
Raspodjela snage na aktivno opterećenje
Pretpostavit ćemo da generator proizvodi idealnu sinusoidu napona u, koji se primjenjuje na čisto aktivni otpor kruga. Ampermetar A i voltmetar V mjere struju I i napon U u svakom trenutku t.
Grafikon pokazuje da se sinusoide struje i pada napona na aktivnom otporu podudaraju u frekvenciji i fazi, čineći iste oscilacije. Snaga, izražena njihovim umnoškom, oscilira dvostruko većom frekvencijom i uvijek ostaje pozitivna.
p=u∙i=Um∙sinωt∙Um/R∙sinωt=Um 2 /R∙sin 2 ωt=Um 2 /2R∙(1-cos2ωt).
Ako prijeđemo na izraz, dobivamo: p=P∙(1-cos2ωt).
Zatim integriramo snagu tijekom perioda jedne oscilacije T i možemo primijetiti da prirast energije ∆W raste tijekom tog perioda. S daljnjim protokom vremena aktivni otpor nastavlja trošiti nove porcije električne energije, kao što je prikazano na grafikonu.
Na jalovim opterećenjima karakteristike potrošnje energije su različite i imaju drugačiji izgled.
Isporuka snage kapacitivnom opterećenju
U strujnom krugu generatora otporni element zamijenimo kondenzatorom kapaciteta C.
Odnos između struje i pada napona na kapacitetu izražava se odnosom: I=C∙dU/dt=ω∙C ∙Um∙cosωt.
Pomnožimo vrijednosti trenutnih izraza struje s naponom i dobijemo vrijednost snage koju troši kapacitivno opterećenje.
p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Um∙cosωt=ω∙C ∙Um 2 ∙sinωt∙cosωt=Um 2 /(2X c)∙sin2ωt=U 2 /(2X c)∙sin2ωt.
Ovdje možete vidjeti da snaga oscilira oko nule na dvostrukoj frekvenciji od primijenjenog napona. Njegova ukupna vrijednost kroz period harmonika, kao i prirast energije, je nula.
To znači da se energija kreće po zatvorenom krugu u oba smjera, ali ne vrši nikakav rad. Ova činjenica se objašnjava činjenicom da kada napon izvora poraste u apsolutnoj vrijednosti, snaga je pozitivna, a protok energije kroz krug usmjeren je u spremnik, gdje se energija akumulira.
Nakon što napon prijeđe u dio padajućeg harmonika, energija se vraća iz kondenzatora u krug do izvora. U oba ova procesa ne obavlja se koristan posao.
Isporuka energije induktivnom opterećenju
Sada u strujnom krugu zamijenimo kondenzator s induktivitetom L.
Ovdje se struja kroz induktivitet izražava relacijom:
I=1/L∫udt=-Um/ωL∙cos ωt.
Onda dobivamo
p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙(-Um/ωL∙cosωt)=-Um 2 /ωL∙sinωt∙cosωt=-Um 2 /(2X L)∙sin2ωt=-U 2 /(2X L) ∙sin2ωt.
Dobiveni izrazi omogućuju nam da vidimo prirodu promjene smjera snage i prirasta energije na induktivitetu, koji vrši iste oscilacije koje su beskorisne za obavljanje rada kao i na kapacitetu.
Snaga koju oslobađaju jalova opterećenja naziva se jalova komponenta. U idealnim uvjetima, kada spojne žice nemaju aktivni otpor, čini se bezopasnim i ne stvara nikakvu štetu. Ali u stvarnim uvjetima napajanja, periodični prijelazi i fluktuacije jalove snage uzrokuju zagrijavanje svih aktivnih elemenata, uključujući i spojne žice, što troši određenu količinu energije i smanjuje primijenjenu punu snagu izvora.
Glavna razlika između jalove komponente snage je u tome što ona ne obavlja nikakav koristan rad, već dovodi do gubitaka električne energije i prekomjernog opterećenja opreme, što je posebno opasno u kritičnim situacijama.
Iz tih razloga koriste se posebni za otklanjanje utjecaja jalove snage.
Isporuka snage mješovitog opterećenja
Kao primjer koristimo opterećenje na generatoru s aktivnom kapacitivnom karakteristikom.
Radi pojednostavljenja slike, gornji grafikon ne prikazuje sinusoide struja i napona, ali treba uzeti u obzir da uz aktivno-kapacitivnu prirodu opterećenja, vektor struje vodi napon.
p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Im∙sin(ωt+φ).
Nakon transformacija dobivamo: p=P∙(1- cos 2ωt)+Q ∙sin2ωt.
Ova dva člana u zadnjem izrazu su djelatna i jalova komponenta trenutne ukupne snage. Samo prvi od njih obavlja koristan posao.
Instrumenti za mjerenje snage
Da bi se analizirala potrošnja električne energije i platila za to, koriste se mjerni uređaji, koji su se dugo zvali. Njihov rad temelji se na mjerenju efektivnih vrijednosti struje i napona i njihovom automatskom množenju s informacijskim izlazom.
Brojila prikazuju potrošnju električne energije uzimajući u obzir vrijeme rada električnih uređaja na rastućoj osnovi od trenutka uključivanja električnog brojila pod opterećenjem.
Za mjerenje aktivne komponente snage u krugovima izmjenične struje, te jalove komponente, koriste se varmetri. Imaju različite mjerne jedinice:
vat (W, W);
var (Var, var, var).
Da bi se odredila ukupna potrošnja energije, potrebno je izračunati njegovu vrijednost pomoću formule trokuta snage na temelju očitanja vatmetra i varmetra. Izražava se u jedinicama - volt-amperima.
Prihvaćene oznake svake jedinice pomažu električarima da procijene ne samo njenu veličinu, već i prirodu komponente snage.
Aktivna snaga (P)
Drugim riječima djelatnu snagu možemo nazvati: stvarna, stvarna, korisna, stvarna snaga. U istosmjernom krugu, napajanje koje opskrbljuje istosmjerno opterećenje definira se kao jednostavan umnožak napona preko opterećenja i struje koja teče, tj.
jer u istosmjernom krugu ne postoji pojam faznog kuta između struje i napona. Drugim riječima, u istosmjernom krugu nema faktora snage.
Ali sa sinusoidnim signalima, odnosno u krugovima izmjenične struje, situacija je složenija zbog prisutnosti fazne razlike između struje i napona. Prema tome, prosječna snaga (aktivna snaga) koja stvarno napaja opterećenje dana je kao:
U krugu izmjenične struje, ako je čisto aktivan (otpornički), formula za snagu je ista kao za istosmjernu struju: P = U I.
Formule za djelatnu snagu
P = U I - u istosmjernim krugovima
P = U I cosθ - u jednofaznim izmjeničnim krugovima
P = √3 U L I L cosθ - u trofaznim izmjeničnim krugovima
P = 3 U Ph I Ph cosθ
P = √ (S 2 – Q 2) ili
P =√ (VA 2 – var 2) ili
Djelatna snaga = √ (Prividna snaga 2 – Jalova snaga 2) odn
kW = √ (kVA 2 – kvar 2)
Jalova snaga (Q)
Također se može nazvati beskorisnom ili beskorisnom snagom.
Snaga koja neprestano teče naprijed-natrag između izvora i opterećenja poznata je kao reaktivna (Q).
Jalova snaga je snaga koju potrošač troši, a zatim vraća zbog svojih reaktivnih svojstava. Jedinica aktivne snage je vat, 1 W = 1 V x 1 A. Energija jalove snage prvo se pohranjuje, a zatim oslobađa kao magnetsko polje ili električno polje u slučaju induktora odnosno kondenzatora.
Jalova snaga se definira kao
a može biti pozitivan (+Ue) za induktivno opterećenje i negativan (-Ue) za kapacitivno opterećenje.
Jedinica reaktivne snage je reaktivni volt-amper (var): 1 var = 1 V x 1 A. Jednostavno rečeno, jedinica jalove snage određuje veličinu magnetskog ili električnog polja koje proizvodi 1 V x 1 A.
Formule za jalovu snagu
Jalova snaga = √ (Prividna snaga 2 – Aktivna snaga 2)
var =√ (VA 2 – P 2)
kvar = √ (kVA 2 – kW 2)
Prividna snaga (S)
Prividna snaga je umnožak napona i struje, zanemarujući fazni kut između njih. Sva snaga u AC mreži (disipirana i apsorbirana/vraćena) je ukupna snaga.
Kombinacija jalove i djelatne snage naziva se prividna snaga. Umnožak vrijednosti efektivnog napona i vrijednosti efektivne struje u krugu izmjenične struje naziva se prividna snaga.
To je proizvod vrijednosti napona i struje bez uzimanja u obzir faznog kuta. Jedinica prividne snage (S) je VA, 1 VA = 1 V x 1 A. Ako je krug čisto aktivan, prividna snaga jednaka je djelatnoj snazi, a u induktivnom ili kapacitivnom krugu (ako postoji reaktancija) , prividna snaga je veća od djelatne snage.
Formula za punu snagu
Prividna snaga = √ (aktivna snaga 2 + jalova snaga 2)
kUA = √(kW 2 + kUAR 2)
Treba napomenuti da:
- Otpornik troši djelatnu snagu i oslobađa je u obliku topline i svjetlosti.
- induktivitet troši jalovu snagu i oslobađa je u obliku magnetskog polja.
- Kondenzator troši jalovu snagu i oslobađa je u obliku električnog polja.
Vlast. Vat.
Napon se mjeri voltmetrom (V), a struja kroz trošilo (R) ampermetrom (A).
Jasno je da se ista snaga može dobiti pri različitim vrijednostima napona izvora struje. Uz napon izvora od 1 volta, da bi se dobila snaga od 1 watt, potrebno je kroz opterećenje propustiti struju od 1 ampera (1V x 1A = 1W). Ako izvor proizvodi napon od 10 volti, postiže se snaga od 1 vata pri struji od 0,1 ampera (10 V x 0,1 A = 1 W).
Snaga u fizici je brzina kojom se obavlja neki rad.
Što je posao brži, to je veća snaga izvođača.
Snažan automobil ubrzava brže. Moćna (jaka) osoba može brže odvući vreću krumpira na deveti kat.
1 Watt je snaga koja vam omogućuje da izvršite 1 J rada u jednoj sekundi (gore je opisano što je džul).
Ako ste sposobni ubrzati tijelo od dva kilograma do brzine od 1 m/s u jednoj sekundi, tada razvijate snagu od 1 W.
Ako teret od kilograma podignete na visinu od 0,1 metar u sekundi, vaša snaga je 1 W jer teret dobiva potencijalnu energiju od 1 J u sekundi.
Ispustite li jedan tanjur s iste visine na betonski pod, a drugi na deku, prvi će se vjerojatno razbiti, ali će drugi preživjeti. Koja je razlika? Početni i završni uvjeti su isti. Ploče padaju s iste visine i stoga imaju istu energiju. Na razini poda, obje ploče se zaustavljaju - sve se čini identičnim. Jedina je razlika Činjenica je da se energija koju je tanjur akumulirao tijekom leta u prvom slučaju trenutno (vrlo brzo) oslobađa, a kada tanjur padne na deku ili tepih, proces kočenja se vremenom produljuje.
Neka ploča koja pada ima kinetičku energiju 1 J. Proces sudaranja s betonskim podom traje, recimo, 0,001 sekundu. Ispada da je snaga oslobođena pri udaru 1/0,001=1000 W!
Ako ploča ravnomjerno usporava 0,1 sekundu, snaga će biti 1/0,1=10 W. Već postoji šansa za preživljavanje - ako na mjestu ploče postoji živi organizam.
Zbog toga u automobilima postoje zone gužvanja i zračni jastuci, tako da produžiti proces oslobađanja energije tijekom vremena u slučaju nesreće, tj. smanjiti snagu pri udaru. A oslobađanje energije, usput, jest rad. U ovom slučaju radi se o pucanju vaših unutarnjih organa i lomljenju kostiju.
Uopće, rad je proces pretvaranja jedne vrste energije u drugu.
Drugi primjer: sadržaj propanske boce možete spaliti u plameniku bez posljedica. Ali ako plin koji se nalazi u cilindru pomiješate sa zrakom i zapalite, to će se dogoditi eksplozija.
U oba slučaja oslobađa se ista količina energije. Ali u drugom, energija se oslobađa u kratkom vremenskom razdoblju. A snaga - omjer količine rada i vremena u kojem je obavljen.
Što se tiče električne energije, 1 W je snaga koju oslobađa opterećenje kada je umnožak struje kroz njega i napona na njegovim krajevima jednak jedinici. To jest, na primjer, ako je struja kroz žarulju 1 A, a napon na njenim stezaljkama 1 V, snaga oslobođena kroz nju je 1 W.
Svjetiljka s strujom od 2 A imat će istu snagu pri naponu od 0,5 V - umnožak ovih količina također je jednak jedan.
Tako:
P = U*I. Snaga je jednaka umnošku napona i struje.
Možemo to napisati i drugačije:
I = P/U- struja je jednaka snazi podijeljenoj s naponom.
Postoji, na primjer, žarulja sa žarnom niti. Na njegovoj osnovi naznačeni su sljedeći parametri: napon 220 V, snaga 100 W. Snaga od 100 W znači da je umnožak napona primijenjenog na terminal pomnožen sa strujom koja teče kroz ovu žarulju sto. U*I=100.
Koja će struja kroz njega teći? Osnovno, Watson: I = P/U, podijeliti snaga po naponu (100/220), dobivamo 0,454 A. Struja kroz žarulju je 0,454 ampera. Ili, drugim riječima, 454 miliampera (mili - tisućinka).
Još jedna mogućnost snimanja U = P/I. Negdje će i dobro doći.
Sada imamo dvije formule - Ohmov zakon i formulu za snagu električne struje. A ovo je već alat.
Želimo saznati otpor žarne niti iste žarulje sa žarnom niti od sto vata.
Ohmov zakon nam kaže: R = U/I.
Ne morate izračunati struju kroz žarulju da biste je kasnije zamijenili u formulu, ali idite prečacem: budući da je I = P/U, zamijenit ćemo P/U umjesto I u formuli R = U/I .
Zapravo, zašto ne zamijeniti struju (koja nam je nepoznata) s naponom i snagom žarulje (koji su naznačeni na postolju).
Dakle: R = U/P/U, što je jednako U^2/P. R = U^2/P. Kvadriramo 220 (napon) i dijelimo sa sto (snaga lampe). Dobivamo otpor od 484 Ohma.
Možete provjeriti izračune. Gore smo izračunali struju kroz lampu - 0,454 A.
R = U/I = 220/0,454 = 484 Ohma. Što god se govorilo, samo je jedan točan zaključak.
Još jednom, formula snage je: P = U*I(1), ili I = P/U(2), odn U = P/I (3).
Ohmov zakon: I = U/R(4) ili R = U/I(5) ili U = I*R (6).
P - snaga
U - napon
I - struja
R - otpor
U bilo kojoj od ovih formula, umjesto nepoznate vrijednosti, možete zamijeniti poznate.
Ako trebate saznati snagu, imajući vrijednosti napona i otpora, uzmite formulu 1, umjesto struje I zamijenimo njen ekvivalent iz formule 4.
Ispada P = U^2/R. Snaga je jednaka kvadratu napona podijeljenom s otporom. To jest, kada se napon primijenjen na otpor promijeni, snaga koja se oslobađa na njemu mijenja se u kvadratnom odnosu: napon je udvostručen, snaga (za otpornik - grijanje) povećana je četiri puta! To nam govori matematika.
Hidraulička analogija opet će pomoći razumjeti zašto se to događa u praksi.Objekt koji se nalazi na određenoj visini ima potencijalnu energiju. I, silazeći s ove visine, može raditi. Ovako voda obavlja rad stvaranja energije u hidroelektrani, padajući kroz hidrauličku turbinu s razine akumulacije na ostatke vode (niža razina).
Potencijalna energija tijela ovisi o njegovoj masi i visini na kojoj se nalazi (što će kamen koji pada uzrokovati više problema, to je teži i veća je visina s koje pada). Važna je i gravitacija na mjestu gdje pada. Opasniji je isti kamen koji pada s iste visine na Zemlji nego na Mjesecu, budući da je na Mjesecu “sila gravitacije” (sila koja vuče kamen prema dolje) 6 puta manja nego na Zemlji. Dakle, imamo tri parametra koji utječu na potencijalnu energiju – masu, visinu i gravitaciju. Oni su upravo ono što je sadržano u formuli kinetičke energije:
Ek = m*g*h,
Gdje m- masu predmeta,g- ubrzanje slobodnog pada na određenom mjestu ("gravitacija"),h- visina na kojoj se objekt nalazi.
Sastavimo instalaciju: pumpa pogonjena motorom će pumpati vodu iz donjeg spremnika u gornji, a voda koja teče pod utjecajem gravitacije iz gornjeg rezervoara okretat će generator:
Jasno je da što je vodeni stupac viši, to će voda imati više energije. Udvostručimo visinu stupa. Jasno je da na dvostrukoj visini h, voda će imati dvostruko veću potencijalnu energiju, a, čini se, snaga generatora trebala bi se udvostručiti? Zapravo, njegova snaga će se učetverostručiti. Zašto? Jer zbog dvostrukog pritiska odozgo, protok vode kroz generator će se udvostručiti. A dvostruki protok vode pri dvostrukom tlaku dovest će do četverostrukog povećanja snage koju oslobađa generator: dvostruko više i dvostruko jače.
Ista stvar se događa na otporu kada se napon primijenjen na njega udvostruči. Sjećamo se formule za snagu koju oslobađa otpornik, zar ne?
P = U*I.
Vlast P jednak proizvodu napona U, primijenjen na otpornik i struju ja protječući kroz njega. Kada se primijenjeni napon udvostruči U, čini se da se snaga mora udvostručiti. Ali povećanje napona također dovodi do proporcionalnog povećanja struje kroz otpornik! Stoga će se udvostručiti ne samo U, ali također ja. Zbog toga snaga ovisi o primijenjenom naponu na kvadratni način.
Baterija s dvostrukim naponom "pumpa" elektrone na dvostruku "visinu", a to dovodi do potpuno iste slike kao u hidrauličkom analogu.
Trebate saznati snagu, znajući otpor i struju, ali ne znajući napon? Nema problema. U istoj prvoj formuli umjesto U zamijeniti ekvivalent U iz formule 6. Dobivamo P = I^2*R. Snaga je jednaka kvadratu struje puta otpora.
Gornji hidraulički analog pomoći će vam da shvatite zašto. Udvostručenje struje kroz dati otpornik moguće je samo udvostručenjem napona koji se na njega primjenjuje. Dakle, formula P = U*I, radit će i ovdje, unatoč odsutnosti u formuli P = I^2*R napon. Samo što je napetost u ovom slučaju prisutna “iza kulisa”, skrivajući se iza drugih varijabli.
Još jedna neobičnost ove formule je da je snaga izravno proporcionalna otporu. Kako to može biti? Pa, hajde onda skroz prekinuti strujni krug, otpor će se povećati do beskonačnosti, što znači da će snaga oslobođena na onome što nema biti u skladu s tim povećana? Kakva glupost.
Zapravo je jednostavno. Povećanje otpora rezultirat će odgovarajućim smanjenjem struje kroz otpornik. Ako u formuli
P = I^2*R,
otpornost R dvostruko, zatim struja ja smanjit će se za pola. A ovisnost snage o struji u ovoj formuli je kvadratna. Stoga se očekuje da će snaga koju oslobađa otpornik pasti za pola.
Podsjećam vas:
Napon (U) je "razlika električnog tlaka" između bilo koje dvije točke u električnom krugu (analogno razlici tlaka tekućine). mjerna jedinica - volt.
Trenutni (ja) je broj elektrona koji prolaze kroz dio kruga (analogno protoku fluida).mjerna jedinica - amper. 1 A = 1 C/sek.
Otpornost (R) - sposobnost dijela kruga da ometa (odupire) kretanje elektrona(poput uskog grla ili začepljenja u cijevi).mjerna jedinica - ohm.
Vlast (P) je umnožak napona i struje (kao da pomnožimo protok vode kroz bilo koju dionicu vodoopskrbnog sustava s razlikom tlaka na krajevima te dionice).mjerna jedinica - vat.
