Nguvu ya sasa ya umeme ni kasi ya kazi inayofanywa na mzunguko. Ufafanuzi rahisi, shida na ufahamu. Nguvu imegawanywa katika kazi na tendaji. Na huanza ...

Kazi ya sasa ya umeme, nguvu

Wakati malipo yanapohamia kwenye kondakta, shamba hufanya kazi juu yake. Wingi ni sifa ya mvutano, kinyume na mvutano katika nafasi ya bure. Gharama husogea katika mwelekeo wa uwezo unaopungua; ili kudumisha mchakato, chanzo cha nishati kinahitajika. Voltage ni nambari sawa na kazi ya shamba wakati wa kusonga malipo ya kitengo (1 C) katika eneo hilo. Wakati wa mwingiliano, nishati ya umeme inabadilishwa kuwa aina nyingine. Kwa hiyo, ni muhimu kuanzisha kitengo cha ulimwengu wote, fedha za kimwili zinazoweza kubadilishwa kwa uhuru. Katika mwili, kipimo ni ATP, umeme ni kazi ya shamba.

Arc ya umeme

Katika mchoro, wakati wa ubadilishaji wa nishati unaonyeshwa kwa namna ya vyanzo vya emf. Ikiwa jenereta zinaelekezwa kwa mwelekeo mmoja, watumiaji lazima waelekezwe kwa upande mwingine. Ukweli wazi unaonyesha mchakato wa matumizi ya nguvu na uchimbaji kutoka kwa vyanzo vya nishati. EMF ina ishara kinyume, mara nyingi huitwa back-EMF. Epuka kuchanganya dhana na hali inayotokea katika viingilizi wakati nguvu imezimwa. Back-EMF ina maana ya mpito wa nishati ya umeme katika kemikali, mitambo, na nishati mwanga.

Mtumiaji anataka kukamilisha kazi katika kitengo fulani cha wakati. Kwa wazi, mtunza lawn hataki kungoja msimu wa baridi, anatumai kuimaliza wakati wa chakula cha mchana. Nguvu ya chanzo lazima itoe kasi maalum ya utekelezaji. Kazi hiyo inafanywa na sasa ya umeme, kwa hiyo dhana pia inatumika. Nguvu inaweza kuwa hai, tendaji, muhimu na kupoteza nguvu. Maeneo yaliyoainishwa na michoro ya kimaumbile kama vizuizi yana madhara kiutendaji na ni gharama. Joto huzalishwa kwa vipinga vya conductor, athari ya Joule-Lenz inaongoza kwa matumizi ya nguvu yasiyo ya lazima. Isipokuwa ni vifaa vya kupokanzwa, ambapo jambo hilo linafaa.

Kazi muhimu kwenye mizunguko ya kimwili inaonyeshwa na nyuma-EMF (chanzo cha kawaida na mwelekeo kinyume na jenereta). Kuna misemo kadhaa ya uchambuzi kwa nguvu. Wakati mwingine ni rahisi kutumia moja, katika hali nyingine - nyingine (angalia takwimu):

Maneno ya nguvu ya sasa

1. Nguvu ni kasi ambayo kazi inafanywa.
2. Nguvu ni sawa na wakati wa sasa wa voltage.
3. Nguvu inayotumiwa kwenye hatua ya joto ni sawa na bidhaa ya nyakati za upinzani mraba wa sasa.
4. Nguvu inayotumiwa kwenye hatua ya joto ni sawa na uwiano wa mraba wa voltage kwa upinzani.

Kwa wale ambao wamehifadhi na clamps za sasa, ni rahisi kutumia formula ya pili. Bila kujali asili ya mzigo, tutahesabu nguvu. Inatumika tu. Nguvu imedhamiriwa na mambo mengi, ikiwa ni pamoja na joto. Kwa thamani ya kawaida ya kifaa tunamaanisha thamani iliyokuzwa katika hali ya utulivu. Kwa hita, formula ya tatu na ya nne inapaswa kutumika. Nguvu inategemea kabisa vigezo vya mtandao wa usambazaji. Iliyoundwa ili kufanya kazi kwa 110 volt AC katika hali ya Ulaya itateketea haraka.

Mzunguko wa awamu tatu

Kwa Kompyuta, nyaya za awamu tatu zinaonekana kuwa ngumu, lakini kwa kweli hii ni suluhisho la kiufundi zaidi la kifahari. Hata nyumba inatolewa umeme kupitia njia tatu. Ndani ya mlango wamegawanywa katika vyumba. Kinachochanganya zaidi ni kwamba vifaa vingine vya awamu tatu havina waya wa kutuliza au wa upande wowote. Mizunguko yenye neutral pekee. Waya wa upande wowote hauhitajiki; mkondo unarudishwa kwa chanzo kupitia mistari ya awamu. Bila shaka, mzigo hapa kwenye kila msingi huongezeka. Mahitaji ya PUE yanabainisha kando aina ya mtandao. Kwa mizunguko ya awamu tatu, dhana zifuatazo zinaletwa ambazo unahitaji kuelewa ili kuhesabu kwa usahihi nguvu:

Mzunguko wa awamu ya tatu na neutral pekee

• Awamu ya voltage na sasa inaitwa, kwa mtiririko huo, tofauti ya uwezo na kasi ya harakati ya malipo kati ya awamu na neutral. Ni wazi kwamba katika kesi iliyotajwa hapo juu na kutengwa kamili, fomula zitakuwa batili. Kwa sababu hakuna upande wowote.
• Voltage ya mstari na ya sasa inaitwa, kwa mtiririko huo, tofauti inayowezekana au kasi ya harakati ya malipo kati ya awamu yoyote mbili. Nambari ziko wazi kutoka kwa muktadha. Wanapozungumza juu ya mitandao 400 ya volt, wanamaanisha waya tatu, tofauti inayowezekana na isiyo na upande ni 230 volts. Voltage ya mstari ni ya juu kuliko voltage ya awamu.

Kuna mabadiliko ya awamu kati ya voltage na sasa. Fizikia ya shule iko kimya kuhusu nini. Awamu ni sawa ikiwa mzigo ni 100% hai (resistors rahisi). Vinginevyo, mabadiliko yanaonekana. Katika inductance, sasa iko nyuma ya voltage kwa digrii 90, katika capacitance inaongoza. Ukweli rahisi ni rahisi kukumbuka kama ifuatavyo (tunakaribia kwa urahisi nguvu tendaji). Sehemu ya kufikiria ya upinzani wa inductance ni jωL, ambapo ω ni mzunguko wa mviringo sawa na wa kawaida (katika Hz) unaozidishwa na 2 Pi; j ni opereta inayoonyesha mwelekeo wa vekta. Sasa tunaandika sheria ya Ohm: U = I R = I jωL.

Kutoka kwa usawa ni wazi: voltage lazima ipangiwe juu kwa digrii 90 wakati wa kujenga mchoro, sasa itabaki kwenye mhimili wa abscissa (usawa X mhimili). Kwa mujibu wa sheria za uhandisi wa redio, mzunguko hutokea kinyume cha saa. Sasa ukweli ni dhahiri: sasa iko nyuma kwa digrii 90. Kwa mfano, hebu tufanye kulinganisha kwa capacitor. Upinzani wa kubadilisha sasa katika fomu ya kufikiria inaonekana kama hii: -j / ωL, ishara inaonyesha: voltage itahitaji kuwekwa chini, perpendicular kwa mhimili wa abscissa. Kwa hiyo, sasa ni digrii 90 mbele katika awamu.

Kwa kweli, sambamba na sehemu ya kufikiria, kuna sehemu halisi - inayoitwa upinzani hai. Waya ya coil inawakilishwa na kupinga, na inapopotoka, hupata mali ya inductive. Kwa hiyo, angle halisi ya awamu haitakuwa digrii 90, lakini kidogo kidogo.

Na sasa tunaweza kuendelea na fomula za nguvu za sasa za mizunguko ya awamu tatu. Hapa mstari huunda mabadiliko ya awamu. Kati ya voltage na sasa, na jamaa na mstari mwingine. Kukubaliana, bila ujuzi uliowasilishwa kwa uangalifu na waandishi, ukweli hauwezi kufikiwa. Kati ya mistari ya mtandao wa awamu ya tatu ya viwanda kuhama ni digrii 120 (mzunguko kamili - digrii 360). Itahakikisha mzunguko sawa wa uwanja katika injini; haina umuhimu kwa watumiaji wa kawaida. Hii ni rahisi zaidi kwa jenereta za kituo cha nguvu za umeme - mzigo ni wa usawa. Mabadiliko hutokea kati ya mistari, katika kila sasa inaongoza voltage au iko nyuma:

1. Ikiwa mstari ni wa ulinganifu, mabadiliko ya sasa kati ya awamu yoyote ni digrii 120, formula ni rahisi sana. Lakini! Ikiwa mzigo ni wa ulinganifu. Hebu tuangalie picha: awamu f sio digrii 120, ina sifa ya mabadiliko kati ya voltage na sasa ya kila mstari. Inachukuliwa kuwa motor yenye windings tatu sawa imewashwa, matokeo yafuatayo yanapatikana. Ikiwa mzigo hauna usawa, pata shida kufanya mahesabu kwa kila mstari tofauti, kisha uongeze matokeo pamoja ili kupata jumla ya amperage.
2. Kundi la pili la fomula hutolewa kwa mizunguko ya awamu tatu na neutral pekee. Inachukuliwa kuwa sasa kutoka kwa mstari mmoja inapita kupitia nyingine. Upande wowote haupo kama sio lazima. Kwa hivyo, voltages hazichukuliwi kama voltages za awamu (hakuna kitu cha kuhesabu kutoka), kama katika formula iliyopita, lakini mstari. Ipasavyo, nambari zinaonyesha ni param gani inapaswa kuchukuliwa. Acha kuogopa herufi za Kiyunani - awamu kati ya vigezo viwili vilivyozidishwa. Nambari zinabadilishwa (1.2 au 2.1) ili kuhesabu ishara kwa usahihi.
3. Katika mzunguko wa asymmetric, voltage ya awamu na sasa inaonekana tena. Hapa hesabu inafanywa tofauti kwa kila mstari. Hakuna chaguzi.

Kwa mazoezi, pima nguvu za sasa

Walidokeza kuwa unaweza kutumia vibano vya sasa. Kifaa kitakuwezesha kuamua vigezo vya kusafiri kwa kuchimba visima. Uharakishaji unaweza kugunduliwa kwa majaribio yanayorudiwa tu; mchakato ni wa haraka sana, marudio ya mabadiliko ya onyesho sio zaidi ya mara 3 kwa sekunde. Vibano vya sasa vinaonyesha hitilafu. Mazoezi inaonyesha kuwa ni vigumu kufikia kosa lililotajwa katika pasipoti.

Mara nyingi zaidi, mita (kwa malipo kwa makampuni ya wasambazaji) na wattmeters (kwa madhumuni ya kibinafsi na ya kazi) hutumiwa kukadiria nguvu. Kifaa cha pointer kina jozi ya coil zilizowekwa ambazo mzunguko wa sasa wa mzunguko unapita, sura inayohamishika ya kuanzisha voltage kwa kuunganisha mzigo kwa sambamba. Muundo umeundwa kutekeleza mara moja fomula kamili ya nguvu (tazama takwimu). Ya sasa inazidishwa na voltage na mgawo fulani unaozingatia uhitimu wa kiwango, pia kwa cosine ya mabadiliko ya awamu kati ya vigezo. Kama ilivyoelezwa hapo juu, mabadiliko yanafaa ndani ya digrii 90 - minus 90, kwa hivyo, cosine ni chanya, torque ya mshale inaelekezwa kwa mwelekeo mmoja.

Hakuna njia ya kusema ikiwa mzigo ni wa kufata neno au una uwezo. Lakini ikiwa imeunganishwa vibaya na mzunguko, usomaji utakuwa mbaya (kugeuka upande mmoja). Tukio kama hilo litatokea ikiwa mtumiaji anaanza ghafla kuhamisha nguvu kwenye mzigo (hii hutokea). Katika vifaa vya kisasa, kitu kama hicho hufanyika; mahesabu hufanywa na moduli ya elektroniki inayojumuisha matumizi ya nishati au kusoma usomaji wa nguvu. Badala ya sindano, kuna kiashiria cha elektroniki na chaguzi zingine nyingi muhimu.

Matatizo maalum hutokea kutokana na vipimo katika nyaya za asymmetrical na neutral pekee, ambapo nguvu za kila mstari haziwezi kuongezwa moja kwa moja. Wattmeters imegawanywa katika kanuni za uendeshaji:

1. Electrodynamic. Imefafanuliwa katika sehemu. Zinajumuisha coil moja zinazohamishika na mbili za kudumu.
2. Ferrodynamic. Inanikumbusha motor yenye nguzo yenye kivuli.
3. Na quadrator. Jibu la amplitude-frequency ya kipengele kisicho na mstari (kwa mfano, diode), inayofanana na parabola, hutumiwa kwa mraba kiasi cha umeme (hutumika katika mahesabu).
4. Na sensor ya Ukumbi. Ikiwa induction inafanywa kwa kutumia coil sawia na voltage ya magnetic shamba katika sensor, sasa inatumika, EMF itakuwa matokeo ya kuzidisha kwa kiasi mbili. Kiasi kinachohitajika.
5. Walinganishi. Hatua kwa hatua huongeza ishara ya kumbukumbu hadi usawa unapatikana. Vyombo vya dijiti vinapata usahihi wa juu.

Katika mizunguko yenye mabadiliko ya awamu yenye nguvu, wattmeter ya sine hutumiwa kukadiria hasara. Ubunifu ni sawa na ile inayozingatiwa, nafasi ya anga ni kwamba nguvu tendaji huhesabiwa (tazama takwimu). Katika kesi hii, kuzidisha bidhaa ya sasa na voltage kwa sine ya angle ya awamu. Tunapima nguvu tendaji kwa wattmita ya kawaida (inayotumika). Kuna mbinu kadhaa. Kwa mfano, katika mzunguko wa ulinganifu wa awamu ya tatu, unahitaji kuunganisha mfululizo wa vilima kwenye mstari mmoja, na upepo wa sambamba kwa wengine wawili. Kisha mahesabu yanafanywa: usomaji wa chombo huongezeka kwa mzizi wa tatu (kwa kuzingatia kwamba kiashiria kinaonyesha bidhaa ya sasa, voltage na sine ya angle kati yao).

Kwa mzunguko wa awamu ya tatu na asymmetry rahisi, kazi inakuwa ngumu zaidi. Takwimu inaonyesha mbinu ya wattmeters mbili (ferrodynamic au electrodynamic). Mwanzo wa vilima huonyeshwa na nyota. Ya sasa inapita kupitia mfululizo, voltage kutoka kwa awamu mbili hutolewa kwa sambamba (moja kwa njia ya kupinga). Jumla ya aljebra ya usomaji wa watimita zote mbili huongezwa na kuzidishwa na mzizi wa tatu ili kupata thamani tendaji ya nguvu.

Kwa msaada wa somo hili la video, unaweza kujifunza kwa kujitegemea mada "Nguvu ya sasa ya umeme". Kutumia nyenzo hii ya video, unaweza kupata wazo la dhana mpya - nguvu ya umeme. Mwalimu atazungumza juu ya nguvu ni nini - kazi kwa kila kitengo cha wakati - na jinsi ya kutumia kwa usahihi na kuhesabu thamani hii.

Ufafanuzi

Nguvu ni kazi inayofanywa kwa kitengo cha wakati.

Nyaraka za kila kifaa cha umeme zinaonyesha, kama sheria, maadili mawili: voltage (kawaida 220 V) na nguvu ya kifaa hiki.

Kuamua nguvu za umeme, unahitaji kugawanya kazi iliyofanywa na sasa ya umeme kwa wakati sasa inapita kupitia mzunguko wa umeme.

P - nguvu ya umeme (katika mechanics N - nguvu ya mitambo)

Vipi kuhusu kazi

Kazi hupimwa kwa Joules (J);

Muda - kwa sekunde (s);

Nguvu (umeme na mitambo) hupimwa kwa Watts (W).

Kifaa cha kupima nguvu ni wattmeter (Mchoro 1).

Mchele. 1. Wattmeter

Kazi inafafanuliwa kama bidhaa ya sasa, voltage na wakati sasa inapita kupitia mzunguko wa umeme.

Katika formula ya kuhesabu kazi, tunaibadilisha katika fomula ya kuhesabu nguvu, wakati t itapunguzwa. Hii ina maana kwamba nguvu haitegemei wakati wa mtiririko wa sasa wa umeme katika mzunguko, lakini hufafanuliwa kama bidhaa ya voltage na sasa.

Kutoka kwa sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko

Nguvu ya sasa ya umeme ni kiasi kinachoonyesha utendaji wa kifaa fulani. Katika maisha ya kila siku, vifaa vyote vimeundwa kwa voltage sawa - 220 V. Kutoka kwa equation ya kwanza inafuata kwamba ikiwa nguvu huongezeka, voltage ni mara kwa mara, basi sasa pia itaongezeka.

Kwa mfano, inapokanzwa maji kwenye kettle ya umeme, waya inayounganisha kettle kwenye mzunguko wa umeme huwaka. Hii ina maana kwamba nguvu ya kettle ni ya juu kabisa, voltage ni 220 V, na sasa ambayo inapita katika mzunguko wa kettle ya umeme iliyowashwa pia ni kubwa kabisa.

Kwa kulipa nishati ya umeme, tunalipa kazi ya sasa ya umeme. Malipo haya hufanywa kwa kilowati-saa.

1 kW=1000 W;

Saa 1 = 3600 s;

(kazi inafafanuliwa kuwa nguvu inayozidishwa na wakati);

1 kW∙h =3,600,000 J.

Tulipokea kitengo cha kuhesabu kazi ya sasa ya umeme - 1 kW∙h = 3,600,000 J.

Kulingana na hapo juu, tunaweza kuhitimisha kuwa haiwezekani kuziba vifaa kadhaa kwenye duka moja mara moja. Voltage ni mara kwa mara (220 V), lakini sasa katika mzunguko inatofautiana. Vifaa vingi vinawashwa, ndivyo umeme wa sasa katika mzunguko unavyoongezeka.

Bibliografia

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Mh. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizikia 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizikia 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizikia 8. - M.: Mwangaza.

1. Electrono.ru ().
2. Electricalschool.info().
3. Stoom.ru ().

Kazi ya nyumbani

1. Uk. 51, 52, swali la 1-6, ukurasa wa 121, 1-3, ukurasa wa 122, kazi ya 25 (2). Peryshkin A.V. Fizikia 8. - M.: Bustard, 2010.
2. Pata nguvu ya sasa katika taa ya umeme ikiwa sasa ndani yake ni 0.4 A na voltage katika mzunguko ni 220 V.
3. Ni vyombo gani vinaweza kutumika kupima nguvu ya uwanja wa umeme?

Mtu wa kisasa hukutana mara kwa mara na umeme katika maisha ya kila siku na kazini, hutumia vifaa vinavyotumia sasa umeme na vifaa vinavyozalisha. Wakati wa kufanya kazi nao, unapaswa kuzingatia kila wakati uwezo wao, kama ilivyo katika sifa za kiufundi.

Moja ya viashiria kuu vya kifaa chochote cha umeme ni kiasi cha kimwili kama nguvu za umeme. Kawaida huitwa kiwango au kasi ya kizazi, maambukizi au ubadilishaji wa umeme katika aina nyingine za nishati, kwa mfano, joto, mwanga, mitambo.

Usafirishaji au usambazaji wa nguvu kubwa za umeme kwa madhumuni ya viwanda hufanywa na.

Ubadilishaji huo unafanywa katika vituo vya transfoma.

Matumizi ya umeme hutokea katika vifaa vya kaya na viwanda kwa madhumuni mbalimbali. Moja ya aina zao za kawaida ni.

Nguvu ya umeme ya jenereta, mistari ya nguvu na watumiaji katika nyaya za DC na AC ina maana sawa ya kimwili, ambayo wakati huo huo inaonyeshwa kwa uwiano tofauti kulingana na sura ya ishara za composite. Ili kuamua mifumo ya jumla, tulianzisha dhana ya maadili ya papo hapo. Wanasisitiza tena utegemezi wa kasi ya mabadiliko ya umeme kwa wakati.

Uamuzi wa nguvu za umeme za papo hapo

Katika uhandisi wa umeme wa kinadharia, ili kupata mahusiano ya msingi kati ya sasa, voltage na nguvu, uwakilishi wao hutumiwa kwa namna ya kiasi cha papo hapo, ambacho kimeandikwa kwa wakati fulani kwa wakati.

Ikiwa kwa muda mfupi sana ∆t malipo ya msingi ya kitengo q huhamia kutoka kwa uhakika "1" hadi "2" chini ya ushawishi wa voltage U, basi inafanya kazi sawa na tofauti inayowezekana kati ya pointi hizi. Kuigawanya kwa muda wa ∆t, tunapata usemi wa nishati ya papo hapo kwa malipo ya kitengo Pe(1-2).

Kwa kuwa chini ya ushawishi wa voltage iliyotumiwa sio tu malipo moja husogea, lakini zile zote za jirani ambazo ziko chini ya ushawishi wa nguvu hii, idadi ambayo inawakilishwa kwa urahisi na nambari Q, basi kwao tunaweza kuandika thamani ya nguvu ya papo hapo. PQ(1-2).

Baada ya kufanya mabadiliko rahisi, tunapata usemi wa nguvu P na utegemezi wa thamani yake ya papo hapo p (t) kwenye vipengele vya bidhaa ya sasa ya papo hapo i (t) na voltage u (t).

Uamuzi wa nguvu za umeme za DC

Ukubwa wa kushuka kwa voltage kwenye sehemu ya mzunguko na sasa inapita kwa njia hiyo haibadilika na inabakia imara, sawa na maadili ya papo hapo. Kwa hivyo, nguvu katika mzunguko huu inaweza kuamua kwa kuzidisha idadi hii au kugawa kazi iliyokamilishwa A kwa muda wa utekelezaji wake, kama inavyoonekana kwenye picha ya maelezo.

Uamuzi wa nguvu ya umeme ya AC

Sheria za mabadiliko ya sinusoidal katika mikondo na voltages zinazopitishwa kupitia mitandao ya umeme zinaweka ushawishi wao juu ya kujieleza kwa nguvu katika nyaya hizo. Hapa nguvu ya jumla inafanya kazi, ambayo inaelezwa na pembetatu ya nguvu na inajumuisha vipengele vya kazi na tendaji.

Umeme wa sasa wa sura ya sinusoidal wakati unapitia mistari ya nguvu na aina za mchanganyiko wa mizigo katika sehemu zote hazibadili sura ya harmonics yake. Na kushuka kwa voltage kwenye mizigo tendaji hubadilika kwa awamu katika mwelekeo fulani. Maonyesho ya kiasi cha papo hapo husaidia kuelewa ushawishi wa mizigo iliyowekwa kwenye mabadiliko ya nguvu katika mzunguko na mwelekeo wake.

Wakati huo huo, mara moja makini na ukweli kwamba mwelekeo wa mtiririko wa sasa kutoka kwa jenereta hadi kwa walaji na nguvu zinazopitishwa kupitia mzunguko ulioundwa ni mambo tofauti kabisa, ambayo katika baadhi ya matukio hayawezi tu sanjari, lakini pia yanaelekezwa. katika mwelekeo tofauti.

Wacha tuzingatie uhusiano huu katika udhihirisho wao bora, safi kwa aina tofauti za mizigo:

hai;

capacitive;

kwa kufata neno.

Usambazaji wa nguvu kwa upakiaji unaotumika

Tutafikiri kwamba jenereta hutoa sinusoid bora ya voltage u, ambayo inatumika kwa upinzani safi kabisa wa mzunguko. Ammeter A na voltmeter V kupima sasa I na voltage U kwa kila wakati t.

Grafu inaonyesha kwamba sinusoidi za kushuka kwa sasa na voltage kwenye upinzani wa kazi hupatana katika mzunguko na awamu, na kufanya oscillations sawa. Nguvu, iliyoonyeshwa na bidhaa zao, inazunguka mara mbili ya mzunguko na daima inabakia chanya.

p=u∙i=Um∙sinωt∙Um/R∙sinωt=Um 2 /R∙sin 2 ωt=Um 2 /2R∙(1-cos2ωt).

Ikiwa tutaenda kwa usemi, tunapata: p=P∙(1-cos2ωt).

Ifuatayo, tunaunganisha nguvu katika kipindi cha oscillation moja T na tunaweza kutambua kwamba ongezeko la nishati ∆W huongezeka katika kipindi hiki. Kwa muda zaidi, upinzani unaoendelea unaendelea kutumia sehemu mpya za umeme, kama inavyoonyeshwa kwenye grafu.

Kwenye mizigo tendaji, sifa za matumizi ya nguvu ni tofauti na zina mwonekano tofauti.

Uwasilishaji wa Nguvu kwa Mzigo wa Uwezo

Katika mzunguko wa nguvu ya jenereta, tunabadilisha kipengele cha kupinga na capacitor na capacitance C.

Uhusiano kati ya sasa na kushuka kwa voltage kwenye capacitance inaonyeshwa na uhusiano: I=C∙dU/dt=ω∙C ∙Um∙cosωt.

Wacha tuzidishe maadili ya misemo ya papo hapo ya sasa na voltage na tupate thamani ya nguvu inayotumiwa na mzigo wa capacitive.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Um∙cosωt=ω∙C ∙Um 2 ∙sinωt∙cosωt=Um 2 /(2X c)∙sin2ωt=U 2 /(2x2 c)∙sin2ωt=U 2 /(2X2 c)

Hapa unaweza kuona kwamba nguvu huzunguka karibu na sifuri kwa mara mbili ya mzunguko wa voltage iliyotumiwa. Thamani yake ya jumla katika kipindi cha harmonic, pamoja na ongezeko la nishati, ni sifuri.

Hii inamaanisha kuwa nishati husogea kwenye mzunguko uliofungwa kwa pande zote mbili, lakini haifanyi kazi yoyote. Ukweli huu unafafanuliwa na ukweli kwamba wakati voltage ya chanzo inaongezeka kwa thamani kamili, nguvu ni chanya, na mtiririko wa nishati kupitia mzunguko unaelekezwa kwenye chombo, ambapo nishati hukusanywa.

Baada ya voltage kupita kwenye sehemu ya harmonic inayoanguka, nishati inarudi kutoka kwa capacitance hadi mzunguko hadi chanzo. Katika michakato hii yote miwili hakuna kazi muhimu inayofanywa.

Uwasilishaji wa Nguvu kwa Mzigo wa Kufata neno

Sasa kwenye mzunguko wa nguvu tunabadilisha capacitor na inductance L.

Hapa ya sasa kupitia inductance inaonyeshwa na uhusiano:

I=1/L∫udt=-Um/ωL∙cos ωt.

Kisha tunapata

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙(-Um/ωL∙cosωt)=-Um 2 /ωL∙sinωt∙cosωt=-Um 2 /(2X L)∙sin2ωt=-U 2 /(2) ∙sin2ωt.

Maneno yanayotokana huturuhusu kuona asili ya mabadiliko katika mwelekeo wa nguvu na kuongezeka kwa nishati kwenye inductance, ambayo hufanya oscillations sawa ambayo haina maana kwa kufanya kazi kama kwenye uwezo.

Nguvu iliyotolewa na mizigo tendaji inaitwa sehemu ya tendaji. Katika hali nzuri, wakati waya za kuunganisha hazina upinzani wa kazi, inaonekana kuwa haina madhara na haitoi madhara yoyote. Lakini katika hali halisi ya ugavi wa umeme, vifungu vya mara kwa mara na kushuka kwa nguvu kwa tendaji husababisha kupokanzwa kwa vipengele vyote vya kazi, ikiwa ni pamoja na waya za kuunganisha, ambazo hutumia kiasi fulani cha nishati na hupunguza nguvu kamili ya chanzo.

Tofauti kuu kati ya sehemu ya tendaji ya nguvu ni kwamba haifanyi kazi yoyote muhimu wakati wote, lakini inaongoza kwa hasara ya nishati ya umeme na mizigo mingi ya vifaa, ambayo ni hatari hasa katika hali mbaya.

Kwa sababu hizi, maalum hutumiwa kuondokana na ushawishi wa nguvu tendaji.

Uwasilishaji wa Nguvu ya Mzigo Mchanganyiko

Kama mfano, tunatumia mzigo kwenye jenereta na tabia ya capacitive hai.

Ili kurahisisha picha, grafu hapo juu haionyeshi sinusoids ya mikondo na voltages, lakini inapaswa kuzingatiwa kuwa kwa asili ya kazi-capacitive ya mzigo, vector ya sasa inaongoza voltage.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Im∙sin(ωt+φ).

Baada ya mabadiliko tunapata: p=P∙(1- cos 2ωt)+Q ∙sin2ωt.

Istilahi hizi mbili katika usemi wa mwisho ni vijenzi amilifu na tendaji vya jumla ya papo hapo. Wa kwanza tu wao hufanya kazi muhimu.

Vyombo vya kupima nguvu

Ili kuchambua matumizi ya umeme na kulipia, vifaa vya metering hutumiwa, ambavyo vimeitwa kwa muda mrefu. Kazi yao ni ya msingi wa kupima maadili madhubuti ya sasa na voltage na kuzizidisha kiatomati na pato la habari.

Mita zinaonyesha matumizi ya nguvu kwa kuzingatia muda wa uendeshaji wa vifaa vya umeme kwa msingi unaoongezeka kutoka wakati mita ya umeme inapowashwa chini ya mzigo.

Ili kupima sehemu ya kazi ya nguvu katika mzunguko wa sasa wa kubadilisha, na sehemu ya tendaji, varmeters hutumiwa. Wana vitengo tofauti vya kipimo:

wati (W, W);

var (Var, var, var).

Kuamua jumla ya matumizi ya nguvu, ni muhimu kuhesabu thamani yake kwa kutumia formula ya pembetatu ya nguvu kulingana na usomaji wa wattmeter na varmeter. Inaonyeshwa katika vitengo vyake - volt-amperes.

Uteuzi unaokubalika wa kila kitengo husaidia wataalamu wa umeme kuhukumu sio tu ukubwa wake, lakini pia asili ya sehemu ya nguvu.

Nguvu inayotumika (P)

Kwa maneno mengine, nguvu ya kazi inaweza kuitwa: halisi, halisi, muhimu, nguvu halisi. Katika mzunguko wa DC, nguvu inayosambaza mzigo wa DC inafafanuliwa kama bidhaa rahisi ya voltage kwenye mzigo na mtiririko wa sasa, ambayo ni.

kwa sababu katika mzunguko wa DC hakuna dhana ya angle ya awamu kati ya sasa na voltage. Kwa maneno mengine, hakuna sababu ya nguvu katika mzunguko wa DC.

Lakini kwa ishara za sinusoidal, yaani, katika mzunguko wa sasa wa kubadilisha, hali ni ngumu zaidi kutokana na kuwepo kwa tofauti ya awamu kati ya sasa na voltage. Kwa hivyo, nguvu ya wastani (nguvu inayotumika) ambayo inasimamia mzigo hutolewa na:

Katika mzunguko wa sasa unaobadilishana, ikiwa ni hai (kinzani), formula ya nguvu ni sawa na ya sasa ya moja kwa moja: P = U I.

Fomula za nguvu inayotumika

P = U I - katika nyaya za DC

P = U I cosθ - katika nyaya za AC za awamu moja

P = √3 U L I L cosθ - katika nyaya za AC za awamu tatu

P = 3 U Ph I Ph cosθ

P = √ (S 2 - Q 2) au

P =√ (VA 2 - var 2) au

Nguvu inayotumika = √ (Nguvu inayoonekana 2 - Nguvu tendaji 2) au

kW = √ (kVA 2 – kvar 2)

Nguvu tendaji (Q)

Inaweza pia kuitwa nguvu isiyo na maana au isiyo na maji.

Nishati ambayo inapita na kurudi kila mara kati ya chanzo na mzigo inajulikana kama tendaji (Q).

Nguvu tendaji ni nishati inayotumiwa na kisha kurudishwa na mzigo kutokana na sifa zake tendaji. Kipimo cha nguvu inayotumika ni wati, 1 W = 1 V x 1 A. Nishati tendaji huhifadhiwa kwanza na kisha kutolewa kama uwanja wa sumaku au uwanja wa umeme katika kesi ya indukta au capacitor mtawalia.

Nguvu tendaji hufafanuliwa kama

na inaweza kuwa chanya (+Ue) kwa mzigo wa kufata neno na hasi (-Ue) kwa mzigo wa capacitive.

Kitengo cha nguvu tendaji ni volt-ampere tendaji (var): 1 var = 1 V x 1 A. Kwa maneno rahisi, kitengo cha nguvu tendaji kinafafanua ukubwa wa uwanja wa magnetic au umeme unaozalishwa na 1 V x 1 A.

Mifumo ya nguvu tendaji

Nguvu tendaji = √ (Nguvu inayoonekana 2 - Nguvu inayotumika 2)

var =√ (VA 2 – P 2)

kvar = √ (kVA 2 – kW 2)

Nguvu inayoonekana (S)

Nguvu inayoonekana ni bidhaa ya voltage na ya sasa, ikipuuza angle ya awamu kati yao. Nguvu zote katika mtandao wa AC (zilizotoweka na kufyonzwa/kurejeshwa) ni nishati kamili.

Mchanganyiko wa nguvu tendaji na inayofanya kazi inaitwa nguvu inayoonekana. Bidhaa ya thamani ya voltage yenye ufanisi na thamani ya sasa ya ufanisi katika mzunguko wa sasa wa kubadilisha inaitwa nguvu inayoonekana.

Ni bidhaa ya maadili ya voltage na ya sasa bila kuzingatia angle ya awamu. Kitengo cha nguvu inayoonekana (S) ni VA, 1 VA = 1 V x 1 A. Ikiwa mzunguko unafanya kazi kikamilifu, nguvu inayoonekana ni sawa na nguvu inayofanya kazi, na katika mzunguko wa inductive au capacitive (ikiwa kuna majibu) , nguvu inayoonekana ni kubwa kuliko nguvu inayofanya kazi.

Mfumo wa Nguvu Kamili

Nguvu inayoonekana = √ (Nguvu inayotumika 2 + Nguvu tendaji 2)

kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

Ikumbukwe kwamba:

• Kipinga hutumia nguvu inayofanya kazi na kuifungua kwa njia ya joto na mwanga.
• inductance hutumia nguvu tendaji na kuifungua kwa namna ya uwanja wa sumaku.
• Capacitor hutumia nguvu tendaji na kuifungua kwa namna ya uwanja wa umeme.

Nguvu. Wati.

Voltage hupimwa na voltmeter (V), na sasa kwa njia ya mzigo (R) na ammeter (A).

Ni wazi kuwa nguvu sawa inaweza kupatikana kwa maadili tofauti ya voltage ya chanzo cha sasa. Kwa voltage ya chanzo cha volt 1, ili kupata nguvu ya watt 1, ni muhimu kupitisha sasa ya 1 ampere kupitia mzigo (1V x 1A = 1W). Ikiwa chanzo kinazalisha voltage ya volts 10, nguvu ya watt 1 inapatikana kwa sasa ya 0.1 amperes (10V x 0.1A = 1W).

Nguvu katika fizikia ni kasi ambayo kazi fulani hufanywa.

Kadiri kazi inavyofanywa kwa kasi, ndivyo nguvu ya mtendaji inavyoongezeka.

Gari yenye nguvu huharakisha kasi. Mtu mwenye nguvu (mwenye nguvu) ana uwezo wa kuburuta begi la viazi hadi ghorofa ya tisa haraka.

1 Watt ni nguvu inayokuwezesha kufanya 1 J ya kazi kwa sekunde moja (joule ni nini ilielezwa hapo juu).

Ikiwa unaweza kuharakisha mwili wa kilo mbili hadi kasi ya 1 m / s kwa sekunde moja, basi unakuza nguvu ya 1 W.

Ikiwa unainua mzigo wa kilo hadi urefu wa mita 0.1 kwa pili, nguvu yako ni 1 W kwa sababu mzigo hupata nishati ya 1 J kwa pili.

Ikiwa utaangusha sahani moja kutoka kwa urefu sawa kwenye sakafu ya zege na ya pili kwenye blanketi, ya kwanza labda itavunjika, lakini ya pili itabaki hai. Tofauti ni nini? Masharti ya awali na ya mwisho ni sawa. Sahani huanguka kutoka urefu sawa na kwa hiyo zina nishati sawa. Katika ngazi ya sakafu, sahani zote mbili zinaacha - kila kitu kinaonekana kuwa sawa. Tofauti pekee ni Ukweli ni kwamba nishati ambayo sahani ilikusanya wakati wa kukimbia hutolewa mara moja (haraka sana) katika kesi ya kwanza, na wakati sahani iko kwenye blanketi au carpet, mchakato wa kuvunja hupanuliwa kwa muda.

Acha sahani inayoanguka iwe na nishati ya kinetic ya 1 J. Mchakato wa kugongana na sakafu ya zege huchukua, sema, sekunde 0.001. Inabadilika kuwa nguvu iliyotolewa wakati wa athari ni 1/0.001=1000 W!

Ikiwa sahani itapungua polepole kwa sekunde 0.1, nishati itakuwa 1/0.1=10 W. Tayari kuna nafasi ya kuishi - ikiwa kuna kiumbe hai mahali pa sahani.

Hii ndiyo sababu kuna kanda crumple na airbags katika magari, hivyo kwamba kupanua mchakato wa kutolewa kwa nishati kwa muda katika kesi ya ajali, yaani, kupunguza nguvu juu ya athari. Na kutolewa kwa nishati, kwa njia, ni kazi. Katika kesi hiyo, kazi ni kupasuka viungo vyako vya ndani na kuvunja mifupa yako.

Hata kidogo, kazi ni mchakato wa kubadilisha aina moja ya nishati kuwa nyingine.

Mfano mwingine: unaweza kuchoma yaliyomo kwenye silinda ya propane kwenye burner bila matokeo. Lakini ikiwa unachanganya gesi iliyomo kwenye silinda na hewa na kuwaka, itatokea mlipuko.

Katika hali zote mbili, kiasi sawa cha nishati hutolewa. Lakini katika pili, nishati hutolewa kwa muda mfupi. A nguvu - uwiano wa kiasi cha kazi kwa wakati ambao unafanywa.

Kuhusu umeme, 1 W ni nguvu iliyotolewa na mzigo wakati bidhaa ya sasa kupitia hiyo na voltage katika mwisho wake ni sawa na umoja. Hiyo ni, kwa mfano, ikiwa sasa kupitia taa ni 1 A, na voltage kwenye vituo vyake ni 1 V, nguvu iliyotolewa kupitia hiyo ni 1 W.

Taa yenye sasa ya 2 A itakuwa na nguvu sawa katika voltage ya 0.5 V - bidhaa za kiasi hiki pia ni sawa na moja.

Kwa hivyo:

P = U*I. Nguvu ni sawa na bidhaa ya voltage na sasa.

Tunaweza kuiandika kwa njia tofauti:

I = P/U- sasa ni sawa na nguvu iliyogawanywa na voltage.

Kuna, kwa mfano, taa ya incandescent. Vigezo vifuatavyo vinaonyeshwa kwa msingi wake: voltage 220 V, nguvu 100 W. Nguvu ya 100 W ina maana kwamba bidhaa ya voltage inayotumiwa kwenye terminal yake iliyozidishwa na sasa inapita kupitia taa hii ni mia moja. U*I=100.

Ni mkondo gani utapita ndani yake? Watson wa Msingi: I = P/U, gawanya nguvu kwa voltage (100/220), tunapata 0.454 A. Sasa kwa njia ya taa ni 0.454 ampere. Au, kwa maneno mengine, milliamps 454 (milli - elfu).

Chaguo jingine la kurekodi U = P/I. Pia itakuja kwa manufaa mahali fulani.

Sasa tuna silaha na fomula mbili - sheria ya Ohm na fomula ya nguvu ya sasa ya umeme. Na hii tayari ni chombo.

Tunataka kujua upinzani wa filament ya taa sawa ya mia-watt incandescent.

Sheria ya Ohm inatuambia: R = U/I.

Sio lazima kuhesabu sasa kupitia taa ili kuibadilisha kuwa fomula baadaye, lakini chukua njia ya mkato: kwa kuwa mimi = P/U, tunabadilisha P/U badala ya mimi katika formula R = U/I. .

Kwa kweli, kwa nini usibadilishe sasa (ambayo haijulikani kwetu) na voltage na nguvu ya taa (ambayo imeonyeshwa kwenye msingi).

Kwa hiyo: R = U/P/U, ambayo ni sawa na U^2/P. R = U^2/P. Sisi mraba 220 (voltage) na kugawanya kwa mia moja (nguvu ya taa). Tunapata upinzani wa 484 Ohms.

Unaweza kuangalia mahesabu. Hapo juu, tulihesabu sasa kupitia taa - 0.454 A.

R = U/I = 220/0.454 = 484 Ohm. Chochote ambacho mtu anaweza kusema, kuna hitimisho moja tu sahihi.

Kwa mara nyingine tena, formula ya nguvu ni: P = U*I(1), au I = P/U(2), au U = P/I (3).

Sheria ya Ohm: I = U/R(4) au R = U/I(5) au U = I*R (6).

P - nguvu

U - voltage

Mimi - sasa

R - upinzani

Katika mojawapo ya fomula hizi, badala ya thamani isiyojulikana, unaweza kubadilisha zinazojulikana.

Ikiwa unahitaji kujua nguvu, kuwa na maadili ya voltage na upinzani, chukua formula 1, badala ya I ya sasa tunabadilisha sawa na formula 4.

Inageuka P = U^2/R. Nguvu ni sawa na mraba wa voltage iliyogawanywa na upinzani. Hiyo ni, wakati voltage inatumika kwa mabadiliko ya upinzani, nguvu iliyotolewa juu yake inabadilika katika uhusiano wa quadratic: voltage ilikuwa mara mbili, nguvu (kwa kupinga - inapokanzwa) iliongezeka mara nne! Hivi ndivyo hisabati inatuambia.

Ulinganisho wa majimaji utasaidia tena kuelewa kwa nini hii inatokea katika mazoezi.Kitu kilicho kwenye urefu fulani kina uwezo wa nishati. Na, akishuka kutoka urefu huu, anaweza kufanya kazi. Hivi ndivyo maji yanavyofanya kazi ya kuzalisha nishati katika kituo cha umeme wa maji, ikianguka kupitia turbine ya majimaji kutoka kwa kiwango cha hifadhi hadi maji ya nyuma (kiwango cha chini).

Nishati inayowezekana ya kitu inategemea wingi wake na urefu ambao iko (shida zaidi jiwe linaloanguka litasababisha, zaidi ya uzito, na urefu mkubwa zaidi ambao huanguka). Nguvu ya uvutano mahali inapoanguka pia ni muhimu. Jiwe sawa linaloanguka kutoka urefu sawa ni hatari zaidi ardhini kuliko Mwezi, kwa kuwa kwenye Mwezi "nguvu ya mvuto" (nguvu ya kuvuta jiwe chini) ni mara 6 chini ya Dunia. Kwa hivyo, tuna vigezo vitatu vinavyoathiri nishati inayowezekana - wingi, urefu na mvuto. Ni nini hasa kilichomo katika formula ya nishati ya kinetic:

Ek = m*g*h,

Wapi m- wingi wa kitu,g- kuongeza kasi ya kuanguka bure katika eneo fulani ("mvuto"),h- urefu ambao kitu iko.

Wacha tukusanye usanikishaji: pampu inayoendeshwa na injini itasukuma maji kutoka kwa hifadhi ya chini hadi ya juu, na maji yanayotiririka chini ya ushawishi wa mvuto kutoka kwenye hifadhi ya juu yatageuza jenereta:

Ni wazi kwamba juu ya safu ya maji, maji yatakuwa na nishati zaidi. Hebu tuongeze urefu wa nguzo mara mbili. Ni wazi kwamba kwa urefu mara mbili h, maji yatakuwa na nishati mara mbili, na, inaonekana, nguvu ya jenereta inapaswa mara mbili? Kwa kweli, nguvu zake zitaongezeka mara nne. Kwa nini? Kwa sababu kutokana na shinikizo la mara mbili kutoka juu, mtiririko wa maji kupitia jenereta utaongezeka mara mbili. Na mara mbili mtiririko wa maji kwa mara mbili shinikizo itasababisha ongezeko la mara nne la nguvu iliyotolewa na jenereta: mara mbili zaidi na mara mbili ya nguvu.

Kitu kimoja kinatokea kwa upinzani wakati voltage inatumika kwa hiyo mara mbili. Tunakumbuka fomula ya nguvu iliyotolewa na kinzani, sivyo?

P = U*I.

Nguvu P sawa na bidhaa ya voltage U, kutumika kwa kupinga na sasa I inapita ndani yake. Wakati voltage iliyotumiwa inaongezeka mara mbili U, nguvu inaonekana kuwa na mara mbili. Lakini ongezeko la voltage pia husababisha ongezeko la uwiano wa sasa kwa njia ya kupinga! Kwa hiyo, itakuwa mara mbili sio tu U, lakini pia I. Ndiyo maana nguvu inategemea voltage iliyotumiwa kwa namna ya quadratic.

Betri yenye elektroni za "voltage" mara mbili hadi mara mbili ya "urefu", na hii inasababisha picha sawa na kwenye analog ya majimaji.

Unahitaji kujua nguvu, kujua upinzani na sasa, lakini bila kujua voltage? Hakuna shida. Katika fomula ile ile ya kwanza badala yake U badala ya sawa U kutoka kwa formula 6. Tunapata P = I^2*R. Nguvu ni sawa na mraba wa nyakati za sasa za upinzani.

Analog ya hydraulic hapo juu itakusaidia kuelewa kwa nini. Mara mbili ya sasa kwa njia ya kupinga fulani inawezekana tu kwa mara mbili ya voltage inayotumiwa nayo. Kwa hivyo, formula P = U*I, itafanya kazi hapa pia, licha ya kutokuwepo kwa fomula P = I^2*R voltage. Ni tu kwamba mvutano katika kesi hii upo "nyuma ya matukio", kujificha nyuma ya vigezo vingine.

Ajabu nyingine ya fomula hii ni kwamba nguvu ni sawia moja kwa moja na upinzani. Hii inawezaje kuwa? Naam, basi hebu tuvunje mzunguko kabisa, upinzani utaongezeka hadi usio na mwisho, ambayo ina maana kwamba nguvu iliyotolewa juu ya kile ambacho haipo itaongezeka ipasavyo? Upuuzi gani.

Ni kweli rahisi. Kuongezeka kwa upinzani kutasababisha kupungua kwa sambamba kwa sasa kwa njia ya kupinga. Ikiwa katika formula

P = I^2*R,

upinzani R mara mbili, kisha ya sasa I itapungua kwa nusu. Na utegemezi wa nguvu kwa sasa katika formula hii ni quadratic. Kwa hiyo, nguvu iliyotolewa na kupinga inatarajiwa kushuka kwa nusu.

Nakukumbusha:

Voltage (U) ni "tofauti ya shinikizo la umeme" kati ya pointi mbili zozote katika saketi ya umeme (inayofanana na tofauti ya shinikizo la maji). Kitengo - volt.

Sasa (I) ni idadi ya elektroni zinazopita kwenye sehemu ya saketi (inayofanana na mtiririko wa maji).Kitengo - ampere. 1 A = 1 C/sek.

Upinzani (R) - uwezo wa sehemu ya mzunguko ili kuingilia kati (kupinga) harakati za elektroni(kama kizuizi au kuziba kwenye bomba).Kitengo - ohm.

Nguvu (P) ni bidhaa ya voltage na sasa (kana kwamba tulizidisha mtiririko wa maji kupitia sehemu yoyote ya mfumo wa usambazaji wa maji kwa tofauti ya shinikizo kwenye ncha za sehemu hii).Kitengo - wati.