เมื่อออกแบบวงจรไฟฟ้าใด ๆ จะทำการคำนวณกำลังไฟฟ้า โดยจะมีการเลือกองค์ประกอบหลักและคำนวณโหลดที่อนุญาต หากการคำนวณวงจรไฟฟ้ากระแสตรงไม่ใช่เรื่องยาก (ตามกฎของโอห์มจำเป็นต้องคูณความแรงของกระแสด้วยแรงดันไฟฟ้า - P = U * I) จากนั้นการคำนวณกำลังไฟฟ้ากระแสสลับจึงไม่ง่ายนัก . เพื่ออธิบายคุณจะต้องหันไปใช้พื้นฐานของวิศวกรรมไฟฟ้าโดยไม่ต้องลงรายละเอียด นี่คือบทสรุปโดยย่อของประเด็นหลัก

กำลังทั้งหมดและส่วนประกอบ

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับการคำนวณพลังงานจะดำเนินการโดยคำนึงถึงกฎของการเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแสไซน์ ในเรื่องนี้ ได้มีการนำเสนอแนวคิดเรื่องกำลังทั้งหมด (S) ซึ่งประกอบด้วยสององค์ประกอบ: ปฏิกิริยา (Q) และแอคทีฟ (P) คำอธิบายแบบกราฟิกของปริมาณเหล่านี้สามารถทำได้ผ่านสามเหลี่ยมกำลัง (ดูรูปที่ 1)

ส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ (P) หมายถึงกำลังของน้ำหนักบรรทุก (การแปลงไฟฟ้าเป็นความร้อน แสงสว่าง ฯลฯ แบบย้อนกลับไม่ได้) ค่านี้วัดเป็นวัตต์ (W) ในระดับครัวเรือนเป็นเรื่องปกติที่จะคำนวณเป็นกิโลวัตต์ (kW) ในภาคอุตสาหกรรม - เมกะวัตต์ (mW)

ส่วนประกอบปฏิกิริยา (Q) อธิบายโหลดไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟและอุปนัยในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ หน่วยการวัดปริมาณนี้คือ Var

ข้าว. 1. สามเหลี่ยมของกำลัง (A) และแรงดันไฟฟ้า (V)

ตามการแสดงกราฟิก ความสัมพันธ์ในสามเหลี่ยมยกกำลังสามารถอธิบายได้โดยใช้อัตลักษณ์ตรีโกณมิติเบื้องต้น ซึ่งทำให้สามารถใช้ สูตรต่อไปนี้:

• S = √P 2 +Q 2, – สำหรับกำลังเต็มที่;
• และ Q = U*I*cos⁡ φ และ P = U*I*sin φ - สำหรับส่วนประกอบที่เกิดปฏิกิริยาและแอคทีฟ

การคำนวณเหล่านี้ใช้ได้กับเครือข่ายเฟสเดียว (เช่น ครัวเรือน 220 V) ในการคำนวณกำลังของเครือข่ายสามเฟส (380 V) คุณต้องเพิ่มตัวคูณให้กับสูตร - √3 (ด้วยค่าสมมาตร โหลด) หรือรวมกำลังของทุกเฟส (หากโหลดไม่สมมาตร)

เพื่อให้เข้าใจกระบวนการมีอิทธิพลของส่วนประกอบของกำลังทั้งหมดได้ดีขึ้น ลองพิจารณาการแสดงออกที่ "บริสุทธิ์" ของโหลดในรูปแบบแอคทีฟ อุปนัย และตัวเก็บประจุ

โหลดที่ใช้งานอยู่

ลองใช้วงจรสมมุติฐานที่ใช้ความต้านทานแบบแอคทีฟ "บริสุทธิ์" และแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่เหมาะสม คำอธิบายแบบกราฟิกของการทำงานของวงจรดังกล่าวแสดงในรูปที่ 2 ซึ่งแสดงพารามิเตอร์หลักสำหรับช่วงเวลาหนึ่ง (t)

รูปที่ 2 พลังของโหลดแอคทีฟในอุดมคติ

เราจะเห็นได้ว่าแรงดันและกระแสซิงโครไนซ์กันทั้งเฟสและความถี่ ในขณะที่กำลังมีความถี่เป็นสองเท่า โปรดทราบว่าทิศทางของปริมาณนี้เป็นค่าบวกและเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

โหลดแบบคาปาซิทีฟ

ดังที่เห็นในรูปที่ 3 กราฟของคุณลักษณะของโหลดแบบ capacitive นั้นแตกต่างจากกราฟที่ใช้งานอยู่เล็กน้อย

รูปที่ 3 กราฟโหลด capacitive ในอุดมคติ

ความถี่ของการสั่นของพลังงานแบบคาปาซิทีฟเป็นสองเท่าของความถี่ของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าไซน์ซอยด์ สำหรับค่ารวมของพารามิเตอร์นี้ในช่วงฮาร์มอนิกหนึ่งค่าจะเท่ากับศูนย์ ในเวลาเดียวกันก็ไม่พบการเพิ่มขึ้นของพลังงาน (∆W) เช่นกัน ผลลัพธ์นี้บ่งชี้ว่าการเคลื่อนที่เกิดขึ้นทั้งสองทิศทางของโซ่ นั่นคือเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ประจุจะสะสมอยู่ในความจุ เมื่อเกิดครึ่งรอบเชิงลบ ประจุที่สะสมจะถูกระบายออกสู่วงจรวงจร

ในระหว่างกระบวนการสะสมพลังงานในความจุโหลดและการคายประจุที่ตามมาจะไม่มีการทำงานที่เป็นประโยชน์

โหลดอุปนัย

กราฟด้านล่างแสดงลักษณะของโหลดอุปนัย "บริสุทธิ์" ดังที่เราเห็นมีเพียงทิศทางของพลังงานเท่านั้นที่เปลี่ยนไป ส่วนการเพิ่มขึ้นนั้นเท่ากับศูนย์

ผลกระทบเชิงลบของโหลดปฏิกิริยา

ในตัวอย่างข้างต้น มีการพิจารณาตัวเลือกเมื่อมีโหลดรีแอกทีฟ "บริสุทธิ์" ไม่ได้คำนึงถึงปัจจัยที่มีอิทธิพลของการต่อต้านแบบแอคทีฟ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ผลปฏิกิริยาจะเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าสามารถละเว้นได้ ดังที่คุณเข้าใจในสภาวะจริงสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ แม้ว่าจะมีโหลดดังกล่าวตามสมมุติฐาน แต่ก็ไม่สามารถตัดความต้านทานของตัวนำทองแดงหรืออะลูมิเนียมของสายเคเบิลที่จำเป็นในการเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานได้

ส่วนประกอบที่เกิดปฏิกิริยาสามารถแสดงออกมาในรูปแบบของการให้ความร้อนแก่ส่วนประกอบที่ใช้งานของวงจร เช่น มอเตอร์ หม้อแปลงไฟฟ้า สายเชื่อมต่อ สายไฟ ฯลฯ มีการใช้พลังงานจำนวนหนึ่งไปกับสิ่งนี้ซึ่งทำให้ลักษณะพื้นฐานลดลง

กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟส่งผลต่อวงจรดังต่อไปนี้:

• ไม่ก่อให้เกิดผลงานที่เป็นประโยชน์ใดๆ
• ทำให้เกิดการสูญเสียร้ายแรงและโหลดผิดปกติของเครื่องใช้ไฟฟ้า
• อาจเกิดอุบัติเหตุร้ายแรงได้

ด้วยเหตุนี้เมื่อทำการคำนวณวงจรไฟฟ้าอย่างเหมาะสม จึงไม่สามารถยกเว้นอิทธิพลของโหลดอุปนัยและโหลดประจุไฟฟ้าได้ และหากจำเป็น ก็จัดให้มีการใช้ระบบทางเทคนิคเพื่อชดเชยวงจรไฟฟ้านั้น

การคำนวณการใช้พลังงาน

ในชีวิตประจำวัน คุณมักจะต้องจัดการกับการคำนวณการใช้พลังงาน เช่น เพื่อตรวจสอบโหลดที่อนุญาตบนสายไฟ ก่อนที่จะเชื่อมต่อกับผู้ใช้ไฟฟ้าที่ใช้ทรัพยากรมาก (เครื่องปรับอากาศ หม้อต้มน้ำ เตาไฟฟ้า ฯลฯ) นอกจากนี้การคำนวณดังกล่าวยังจำเป็นเมื่อเลือกเบรกเกอร์สำหรับแผงจ่ายไฟที่อพาร์ทเมนท์เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ

ในกรณีเช่นนี้ ไม่จำเป็นต้องคำนวณกำลังไฟฟ้าตามกระแสและแรงดันไฟฟ้า เพียงสรุปการใช้พลังงานของอุปกรณ์ทั้งหมดที่สามารถเปิดพร้อมกันได้ คุณสามารถค้นหาค่านี้สำหรับแต่ละอุปกรณ์ได้โดยไม่ต้องมีส่วนร่วมในการคำนวณด้วยสามวิธี:

เมื่อทำการคำนวณควรคำนึงว่ากำลังเริ่มต้นของเครื่องใช้ไฟฟ้าบางชนิดอาจแตกต่างกันอย่างมากจากค่าที่ระบุ สำหรับอุปกรณ์ในครัวเรือนพารามิเตอร์นี้แทบไม่เคยระบุไว้ในเอกสารทางเทคนิคดังนั้นคุณต้องอ้างอิงตารางที่เกี่ยวข้องซึ่งมีค่าเฉลี่ยของพารามิเตอร์พลังงานเริ่มต้นสำหรับอุปกรณ์ต่าง ๆ (แนะนำให้เลือกค่าสูงสุด) .

เมื่อออกแบบการเดินสายไฟฟ้าในห้องต้องเริ่มต้นด้วยการคำนวณความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจร ข้อผิดพลาดในการคำนวณนี้อาจมีค่าใช้จ่ายสูงในภายหลัง เต้ารับไฟฟ้าอาจละลายได้หากสัมผัสกับกระแสไฟฟ้ามากเกินไป หากกระแสในสายเคเบิลมากกว่ากระแสที่คำนวณได้สำหรับวัสดุและหน้าตัดแกนที่กำหนด สายไฟจะร้อนเกินไปซึ่งอาจทำให้ลวดละลาย การแตกหัก หรือไฟฟ้าลัดวงจรในเครือข่ายซึ่งส่งผลที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งในจำนวนนี้ ความจำเป็นในการเปลี่ยนสายไฟทั้งหมดไม่ใช่สิ่งที่แย่ที่สุด

จำเป็นต้องทราบความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจรเพื่อเลือกเบรกเกอร์ซึ่งควรให้การป้องกันที่เพียงพอต่อการโอเวอร์โหลดของเครือข่าย หากเครื่องจักรถูกตั้งค่าให้มีค่ามาร์จิ้นสูงตามค่าที่กำหนด เมื่อถึงเวลาที่ทริกเกอร์ อุปกรณ์อาจไม่สามารถใช้งานได้ แต่หากกระแสไฟที่กำหนดของเซอร์กิตเบรกเกอร์น้อยกว่ากระแสที่ปรากฏในเครือข่ายระหว่างที่มีโหลดสูงสุด เซอร์กิตเบรกเกอร์จะทำให้คุณแทบคลั่ง โดยจะตัดไฟไปที่ห้องอย่างต่อเนื่องเมื่อคุณเปิดเตารีดหรือกาต้มน้ำ

สูตรคำนวณกำลังไฟฟ้า

ตามกฎของโอห์ม กระแส (I) เป็นสัดส่วนกับแรงดัน (U) และแปรผกผันกับความต้านทาน (R) และกำลัง (P) คำนวณเป็นผลคูณของแรงดันและกระแส ตามนี้ กระแสไฟฟ้าในส่วนเครือข่ายจะถูกคำนวณ: I = P/U

ในสภาวะจริง จะมีการเพิ่มองค์ประกอบอีกหนึ่งอย่างลงในสูตร และสูตรสำหรับเครือข่ายเฟสเดียวจะอยู่ในรูปแบบ:

และสำหรับเครือข่ายสามเฟส: I = P/(1.73*U*cos φ)

โดยที่ U สำหรับเครือข่ายสามเฟสจะถือว่าเป็น 380 V, cos φ คือตัวประกอบกำลังซึ่งสะท้อนถึงอัตราส่วนของส่วนประกอบที่ใช้งานและปฏิกิริยาของความต้านทานโหลด

สำหรับแหล่งจ่ายไฟสมัยใหม่ ส่วนประกอบที่เกิดปฏิกิริยาไม่มีนัยสำคัญ ค่าของ cos φ มีค่าเท่ากับ 0.95 ข้อยกเว้นคือหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแรง (เช่น เครื่องเชื่อม) และมอเตอร์ไฟฟ้า มีปฏิกิริยาอินดัคทีฟสูง ในเครือข่ายที่มีการวางแผนที่จะเชื่อมต่ออุปกรณ์ดังกล่าว ควรคำนวณกระแสสูงสุดโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ cos φ 0.8 หรือควรคำนวณกระแสโดยใช้วิธีมาตรฐาน จากนั้นจึงใช้ปัจจัยการคูณ 0.95/0.8 = 1.19 .

แทนที่ค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ 220 V/380 V และตัวประกอบกำลัง 0.95 เราได้รับ I = P/209 สำหรับเครือข่ายเฟสเดียวและ I = P/624 สำหรับเครือข่ายสามเฟสนั่นคือใน เครือข่ายสามเฟสที่มีโหลดเท่ากันกระแสไฟฟ้าจะน้อยกว่าสามเท่า ไม่มีความขัดแย้งที่นี่เนื่องจากการเดินสายสามเฟสมีสายสามเฟสและด้วยโหลดที่สม่ำเสมอในแต่ละเฟสจะแบ่งออกเป็นสาม เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าระหว่างแต่ละเฟสและสายไฟที่เป็นกลางที่ใช้งานคือ 220 V สูตรจึงสามารถเขียนใหม่ในรูปแบบอื่นได้ ดังนั้นจึงชัดเจนยิ่งขึ้น: I = P/(3*220*cos φ)

การเลือกพิกัดของเซอร์กิตเบรกเกอร์

จากการใช้สูตร I = P/209 เราพบว่าเมื่อโหลดมีกำลัง 1 kW กระแสไฟฟ้าในเครือข่ายเฟสเดียวจะเท่ากับ 4.78 A แรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายของเราไม่ได้เท่ากับ 220 V เสมอไป ดังนั้น การคำนวณความแรงของกระแสด้วยระยะขอบเล็กน้อยเช่น 5 A ต่อโหลดทุกๆ กิโลวัตต์ไม่ใช่เรื่องใหญ่ ชัดเจนทันทีว่าไม่แนะนำให้เชื่อมต่อเตารีดที่มีกำลัง 1.5 kW เข้ากับสายไฟต่อที่มีเครื่องหมาย "5 A" เนื่องจากกระแสไฟฟ้าจะสูงกว่าค่าที่กำหนดหนึ่งเท่าครึ่ง คุณยังสามารถ "เปลี่ยน" พิกัดมาตรฐานของเครื่องจักรได้ทันที และกำหนดน้ำหนักบรรทุกที่ออกแบบมาสำหรับ:

• 6 เอ – 1.2 กิโลวัตต์;
• 8 เอ – 1.6 กิโลวัตต์;
• 10 เอ – 2 กิโลวัตต์;
• 16 เอ – 3.2 กิโลวัตต์;
• 20 เอ – 4 กิโลวัตต์;
• 25 เอ – 5 กิโลวัตต์;
• 32 เอ – 6.4 กิโลวัตต์;
• 40 เอ – 8 กิโลวัตต์;
• 50 เอ – 10 กิโลวัตต์;
• 63 เอ – 12.6 กิโลวัตต์;
• 80 เอ – 16 กิโลวัตต์;
• 100 แอมป์ – 20 กิโลวัตต์

ด้วยการใช้เทคนิค "5 แอมแปร์ต่อกิโลวัตต์" คุณสามารถประมาณความแรงของกระแสที่ปรากฏในเครือข่ายเมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ในครัวเรือน คุณสนใจที่จะโหลดสูงสุดบนเครือข่าย ดังนั้นสำหรับการคำนวณ คุณควรใช้การใช้พลังงานสูงสุด ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย ข้อมูลนี้มีอยู่ในเอกสารประกอบของผลิตภัณฑ์ การคำนวณตัวบ่งชี้นี้ด้วยตัวเองแทบจะไม่คุ้มเลยโดยการสรุปกำลังรับการจัดอันดับของคอมเพรสเซอร์มอเตอร์ไฟฟ้าและองค์ประกอบความร้อนที่รวมอยู่ในอุปกรณ์เนื่องจากมีตัวบ่งชี้เช่นปัจจัยด้านประสิทธิภาพด้วยซึ่งจะต้องประเมินโดยเก็งกำไรพร้อมกับความเสี่ยง ของการทำผิดพลาดครั้งใหญ่

เมื่อออกแบบการเดินสายไฟฟ้าในอพาร์ทเมนต์หรือบ้านในชนบทข้อมูลองค์ประกอบและหนังสือเดินทางของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่จะเชื่อมต่อนั้นไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดเสมอไป แต่คุณสามารถใช้ข้อมูลโดยประมาณของเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไปในชีวิตประจำวันของเรา:

• ซาวน่าไฟฟ้า (12 กิโลวัตต์) - 60 A;
• เตาไฟฟ้า (10 กิโลวัตต์) - 50 A;
• เตา (8 กิโลวัตต์) - 40 A;
• เครื่องทำน้ำอุ่นไฟฟ้าทันที (6 kW) - 30 A;
• เครื่องล้างจาน (2.5 kW) - 12.5 A;
• เครื่องซักผ้า (2.5 กิโลวัตต์) - 12.5 A;
• อ่างจากุซซี่ (2.5 กิโลวัตต์) - 12.5 A;
• เครื่องปรับอากาศ (2.4 กิโลวัตต์) - 12 A;
• เตาไมโครเวฟ (2.2 กิโลวัตต์) - 11 A;
• เครื่องทำน้ำอุ่นไฟฟ้า (2 kW) - 10 A;
• กาต้มน้ำไฟฟ้า (1.8 กิโลวัตต์) - 9 A;
• เหล็ก (1.6 กิโลวัตต์) - 8 A;
• ห้องอาบแดด (1.5 kW) - 7.5 A;
• เครื่องดูดฝุ่น (1.4 กิโลวัตต์) - 7 A;
• เครื่องบดเนื้อ (1.1 kW) - 5.5 A;
• เครื่องปิ้งขนมปัง (1 กิโลวัตต์) - 5 A;
• เครื่องชงกาแฟ (1 กิโลวัตต์) - 5 A;
• เครื่องเป่าผม (1 กิโลวัตต์) - 5 A;
• คอมพิวเตอร์เดสก์ท็อป (0.5 kW) - 2.5 A;
• ตู้เย็น (0.4 กิโลวัตต์) - 2 A.

การใช้พลังงานของอุปกรณ์ให้แสงสว่างและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคมีน้อย โดยทั่วไป กำลังไฟฟ้ารวมของอุปกรณ์ให้แสงสว่างสามารถประมาณได้ที่ 1.5 kW และเบรกเกอร์วงจรขนาด 10 A ก็เพียงพอสำหรับกลุ่มอุปกรณ์ส่องสว่าง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเชื่อมต่อกับปลั๊กไฟเดียวกันกับเตารีด จึงไม่เหมาะที่จะสำรองพลังงานเพิ่มเติมไว้

หากคุณสรุปกระแสทั้งหมดนี้ ตัวเลขจะออกมาน่าประทับใจ ในทางปฏิบัติความเป็นไปได้ในการเชื่อมต่อโหลดจะถูก จำกัด ด้วยปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่จัดสรร สำหรับอพาร์ทเมนต์ที่มีเตาไฟฟ้าในบ้านสมัยใหม่คือ 10 -12 kW และที่อินพุตของอพาร์ตเมนต์จะมีเครื่องที่มีค่าเล็กน้อย 50 A . และจะต้องแจกจ่าย 12 กิโลวัตต์เหล่านี้โดยคำนึงถึงผู้บริโภคที่ทรงพลังที่สุดที่กระจุกตัวอยู่ในห้องครัวและห้องน้ำ การเดินสายไฟจะทำให้เกิดความกังวลน้อยลงหากแบ่งออกเป็นกลุ่มในจำนวนที่เพียงพอ โดยแต่ละกลุ่มมีเครื่องจักรของตัวเอง สำหรับเตาไฟฟ้า (เตาไฟฟ้า) จะมีการสร้างอินพุตแยกต่างหากพร้อมเบรกเกอร์อัตโนมัติ 40 A และติดตั้งเต้ารับไฟฟ้าที่มีกระแสไฟพิกัด 40 A ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่ออะไรอีก กลุ่มแยกต่างหากสำหรับเครื่องซักผ้าและอุปกรณ์ห้องน้ำอื่น ๆ โดยมีเครื่องในระดับที่เหมาะสม โดยปกติกลุ่มนี้จะได้รับการปกป้องโดย RCD โดยมีพิกัดกระแสไฟฟ้ามากกว่าพิกัดของเบรกเกอร์ 15% มีการจัดสรรกลุ่มไฟส่องสว่างและปลั๊กไฟผนังในแต่ละห้องแยกกัน

คุณจะต้องใช้เวลาในการคำนวณพลังและกระแสน้ำ แต่คุณมั่นใจได้ว่างานจะไม่ไร้ประโยชน์ การเดินสายไฟฟ้าที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีและมีคุณภาพสูงเป็นกุญแจสำคัญสู่ความสะดวกสบายและความปลอดภัยของบ้านของคุณ

พลัง. วัตต์.

แรงดันไฟฟ้าวัดด้วยโวลต์มิเตอร์ (V) และกระแสผ่านโหลด (R) ด้วยแอมมิเตอร์ (A)

เป็นที่ชัดเจนว่าสามารถรับพลังงานเดียวกันได้ที่ค่าต่าง ๆ ของแรงดันไฟฟ้าแหล่งจ่ายปัจจุบัน ด้วยแรงดันไฟฟ้าแหล่งกำเนิด 1 โวลต์เพื่อให้ได้พลังงาน 1 วัตต์จำเป็นต้องส่งกระแส 1 แอมแปร์ผ่านโหลด (1V x 1A = 1W) หากแหล่งกำเนิดไฟฟ้าสร้างแรงดันไฟฟ้า 10 โวลต์ จะได้กำลัง 1 วัตต์ที่กระแส 0.1 แอมแปร์ (10V x 0.1A = 1W)

พลังในวิชาฟิสิกส์คือความเร็วในการทำงานบางอย่าง

ยิ่งงานเสร็จเร็วเท่าใด พลังของนักแสดงก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

รถที่ทรงพลังจะเร่งความเร็วเร็วขึ้น ผู้มีอำนาจ (แข็งแกร่ง) สามารถลากถุงมันฝรั่งขึ้นไปชั้นเก้าได้เร็วขึ้น

1 วัตต์คือกำลังที่ช่วยให้คุณทำงาน 1 J ได้ในหนึ่งวินาที (สิ่งที่อธิบายไว้ข้างต้นเป็นจูล)

หากคุณสามารถเร่งความเร็วของวัตถุหนัก 2 กิโลกรัมเป็นความเร็ว 1 เมตร/วินาทีได้ภายในหนึ่งวินาที แสดงว่าคุณกำลังพัฒนากำลัง 1 วัตต์

หากคุณยกของหนักหนึ่งกิโลกรัมขึ้นสูง 0.1 เมตรต่อวินาที กำลังของคุณคือ 1 วัตต์ เพราะโหลดจะได้พลังงานศักย์ 1 J ต่อวินาที

หากคุณปล่อยจานหนึ่งจากความสูงเท่ากันลงบนพื้นคอนกรีต และจานที่สองลงบนผ้าห่ม จานแรกอาจจะหัก แต่จานที่สองจะยังคงอยู่ ความแตกต่างคืออะไร? เงื่อนไขเริ่มต้นและเงื่อนไขสุดท้ายจะเหมือนกัน แผ่นเปลือกโลกตกลงมาจากความสูงเท่ากันจึงมีพลังงานเท่ากัน ที่ระดับพื้น แผ่นทั้งสองหยุด - ดูเหมือนทุกอย่างจะเหมือนกัน ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือ ความจริงก็คือพลังงานที่จานสะสมระหว่างการบินจะถูกปล่อยออกมาทันที (เร็วมาก) ในกรณีแรก และเมื่อจานตกลงบนผ้าห่มหรือพรม กระบวนการเบรกจะขยายออกไปเมื่อเวลาผ่านไป

ให้แผ่นที่ตกลงมามีพลังงานจลน์เท่ากับ 1 J กระบวนการชนกับพื้นคอนกรีตใช้เวลาประมาณ 0.001 วินาที ปรากฎว่ากำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาระหว่างการกระแทกคือ ​​1/0.001=1000 วัตต์!

หากจานช้าลงอย่างนุ่มนวลเป็นเวลา 0.1 วินาที กำลังไฟจะเป็น 1/0.1=10 W มีโอกาสรอดอยู่แล้ว - หากมีสิ่งมีชีวิตแทนที่จาน

นี่คือสาเหตุว่าทำไมรถยนต์ถึงมีรอยยับและถุงลมนิรภัย ขยายกระบวนการปล่อยพลังงานออกไปตามกาลเวลาในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ เช่น ลดกำลังเมื่อกระแทก และการปล่อยพลังงานก็คืองาน ในกรณีนี้ งานคือการทำให้อวัยวะภายในแตกและกระดูกหัก

เลย งานคือกระบวนการแปลงพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง.

อีกตัวอย่างหนึ่ง: คุณสามารถเผาสิ่งที่บรรจุอยู่ในกระบอกโพรเพนในหัวเผาได้โดยไม่มีผลกระทบใดๆ แต่ถ้าคุณผสมก๊าซที่อยู่ในกระบอกสูบกับอากาศแล้วจุดติดไฟก็จะเกิดขึ้น การระเบิด.

ในทั้งสองกรณี พลังงานจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณเท่ากัน แต่ประการที่สองพลังงานจะถูกปล่อยออกมาในช่วงเวลาอันสั้น ก กำลัง - อัตราส่วนของปริมาณงานต่อเวลาที่เสร็จ.

ในส่วนของไฟฟ้า 1 W คือพลังงานที่ปล่อยออกมาจากโหลดเมื่อผลคูณของกระแสที่ไหลผ่านและแรงดันไฟฟ้าที่ปลายมีค่าเท่ากับความสามัคคี ตัวอย่างเช่นหากกระแสผ่านหลอดไฟคือ 1 A และแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วคือ 1 V พลังงานที่ปล่อยออกมาผ่านหลอดไฟคือ 1 W

หลอดไฟที่มีกระแส 2 A จะมีกำลังเท่ากันที่แรงดันไฟฟ้า 0.5 V - ผลคูณของปริมาณเหล่านี้ก็เท่ากับหนึ่งด้วย

ดังนั้น:

P = U*I. กำลังไฟฟ้าเท่ากับผลคูณของแรงดันและกระแส.

เราสามารถเขียนให้แตกต่างออกไปได้:

ฉัน = P/U- กระแสไฟฟ้าเท่ากับกำลังหารด้วยแรงดัน

ตัวอย่างเช่นมีหลอดไส้ พารามิเตอร์ต่อไปนี้ระบุไว้บนฐาน:แรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์, กำลังไฟ 100 วัตต์ กำลัง 100 W หมายความว่าผลคูณของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขั้วต่อคูณด้วยกระแสที่ไหลผ่านหลอดไฟนี้คือหนึ่งร้อย คุณ*ฉัน=100.

จะมีกระแสอะไรไหลผ่านมันบ้าง? ชั้นประถมศึกษา วัตสัน: I = P/U หาร กำลังต่อแรงดันไฟฟ้า (100/220) เราได้ 0.454 A กระแสไฟฟ้าที่ผ่านหลอดไฟคือ 0.454 แอมแปร์ หรืออีกนัยหนึ่งคือ 454 มิลลิแอมป์ (หนึ่งในพัน)

ตัวเลือกการบันทึกอื่น U = P/I- มันจะมีประโยชน์ที่ไหนสักแห่งด้วย

ตอนนี้เรามีสองสูตรคือ กฎของโอห์ม และสูตรสำหรับกำลังกระแสไฟฟ้า และนี่ก็เป็นเครื่องมืออยู่แล้ว

เราต้องการทราบความต้านทานของไส้หลอดของหลอดไส้ขนาดร้อยวัตต์เดียวกัน

กฎของโอห์มบอกเราว่า R = U/I

คุณไม่จำเป็นต้องคำนวณกระแสผ่านหลอดไฟเพื่อแทนที่มันลงในสูตรในภายหลัง แต่ใช้วิธีลัด: เนื่องจาก I = P/U เราจึงแทนที่ P/U แทน I ในสูตร R = U/I .

ที่จริงแล้ว ทำไมไม่เปลี่ยนกระแส (ซึ่งเราไม่ทราบ) ด้วยแรงดันและกำลังของหลอดไฟ (ซึ่งระบุไว้บนฐาน)

ดังนั้น: R = U/P/U ซึ่งเท่ากับ U^2/P R = U^2/พี เรายกกำลัง 220 (แรงดันไฟฟ้า) และหารด้วยหนึ่งร้อย (กำลังไฟ) เราได้ความต้านทาน 484 โอห์ม

คุณสามารถตรวจสอบการคำนวณ ด้านบนเราคำนวณกระแสผ่านหลอดไฟ - 0.454 A.

R = U/I = 220/0.454 = 484 โอห์ม ไม่ว่าใครจะพูดอะไร มีข้อสรุปที่ถูกต้องเพียงข้อเดียวเท่านั้น

อีกครั้งหนึ่ง สูตรยกกำลังคือ: P = U*I(1) หรือ ฉัน = P/U(2) หรือ U = P/I (3).

กฎของโอห์ม: ฉัน = ยู/อาร์(4) หรือ R = คุณ/ฉัน(5) หรือ U = I*R (6).

พี - พลัง

ยู - แรงดันไฟฟ้า

ฉัน - ปัจจุบัน

R - ความต้านทาน

ในสูตรเหล่านี้ คุณสามารถแทนที่ค่าที่ทราบได้แทนค่าที่ไม่รู้จัก

หากคุณต้องการค้นหากำลังโดยมีค่าแรงดันและความต้านทานให้ใช้สูตร 1 แทนกระแส I เราจะแทนที่ค่าที่เทียบเท่ากับสูตร 4

ปรากฎว่า P = U^2/ร- กำลังไฟฟ้าเท่ากับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าหารด้วยความต้านทาน นั่นคือเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับความต้านทานเปลี่ยนไปพลังงานที่ปล่อยออกมาจะเปลี่ยนเป็นความสัมพันธ์กำลังสอง: แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าพลังงาน (สำหรับตัวต้านทาน - เครื่องทำความร้อน) เพิ่มขึ้นสี่เท่า! นี่คือสิ่งที่คณิตศาสตร์บอกเรา

การเปรียบเทียบแบบไฮดรอลิกจะช่วยให้เข้าใจอีกครั้งว่าทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้นในทางปฏิบัติวัตถุที่อยู่ในระดับความสูงหนึ่งมีพลังงานศักย์ และเมื่อลงมาจากที่สูงนี้เขาก็สามารถทำงานได้ นี่คือวิธีที่น้ำทำงานเพื่อผลิตพลังงานในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ โดยไหลผ่านกังหันไฮดรอลิกจากระดับอ่างเก็บน้ำไปยังน้ำท้าย (ระดับล่าง)

พลังงานศักย์ของวัตถุขึ้นอยู่กับมวลและความสูงของวัตถุนั้น (ยิ่งหินที่ตกลงมาจะสร้างปัญหามากเท่าใด น้ำหนักก็ยิ่งมากขึ้น และความสูงจากจุดนั้นก็จะมากขึ้นเท่านั้น) แรงโน้มถ่วง ณ จุดที่ตกก็มีความสำคัญเช่นกัน หินก้อนเดียวกันที่ตกลงมาจากความสูงเท่ากันนั้นอันตรายกว่าบนโลก มากกว่าบนดวงจันทร์ เนื่องจากบนดวงจันทร์ “แรงโน้มถ่วง” (แรงดึงหินลงมา) นั้นน้อยกว่าบนโลกถึง 6 เท่า ดังนั้นเราจึงมีพารามิเตอร์สามตัวที่ส่งผลต่อพลังงานศักย์ ได้แก่ มวล ความสูง และแรงโน้มถ่วง สิ่งเหล่านี้คือสิ่งที่มีอยู่ในสูตรพลังงานจลน์:

เอก = m*g*h,

ที่ไหน ม- มวลของวัตถุก- ความเร่งของการตกอย่างอิสระ ณ ตำแหน่งที่กำหนด ("แรงโน้มถ่วง")ชม.- ความสูงที่วัตถุนั้นตั้งอยู่

มาประกอบการติดตั้งกัน: ปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์จะสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำด้านล่างไปด้านบนและน้ำที่ไหลภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจากอ่างเก็บน้ำด้านบนจะเปลี่ยนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า:

เห็นได้ชัดว่ายิ่งคอลัมน์น้ำสูง น้ำก็จะยิ่งมีพลังงานมากขึ้น ลองเพิ่มความสูงของเสาเป็นสองเท่า. เห็นได้ชัดว่ามีความสูงเป็นสองเท่า ชม.น้ำจะมีพลังงานศักย์เป็นสองเท่า และดูเหมือนว่าพลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรจะเป็นสองเท่าใช่หรือไม่ ในความเป็นจริงพลังของมันจะเพิ่มขึ้นสี่เท่า ทำไม เนื่องจากแรงดันจากด้านบนเป็นสองเท่า การไหลของน้ำผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า และการไหลของน้ำเป็นสองเท่าที่ความดันเป็นสองเท่าจะทำให้พลังงานที่ปล่อยออกมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้นสี่เท่า: มากเป็นสองเท่าและแรงเป็นสองเท่า

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่ความต้านทานเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับความต้านทานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เราจำสูตรกำลังที่ปล่อยออกมาจากตัวต้านทานได้ใช่ไหม

P = U*I.

พลัง ปเท่ากับผลคูณของแรงดันไฟฟ้า คุณใช้กับตัวต้านทานและกระแส ฉันไหลผ่านมัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า คุณดูเหมือนว่าพลังจะต้องเพิ่มเป็นสองเท่า แต่แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นยังทำให้กระแสผ่านตัวต้านทานเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนด้วย! ดังนั้นมันจะเพิ่มเป็นสองเท่าไม่เพียงเท่านั้น คุณแต่ยัง ฉัน- นั่นคือสาเหตุที่กำลังไฟฟ้าขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในลักษณะกำลังสอง

แบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่า “ปั๊ม” อิเล็กตรอนเป็นสองเท่าของ “ความสูง” และสิ่งนี้นำไปสู่ภาพเดียวกันกับในอะนาล็อกไฮดรอลิกทุกประการ

ต้องหากำลัง รู้ความต้านทาน และกระแส แต่ไม่รู้แรงดัน? ไม่มีปัญหา. ในสูตรแรกเดียวกันแทน คุณทดแทนสิ่งที่เทียบเท่ากัน คุณจากสูตร 6 เราได้ P = ฉัน^2*ร- กำลังไฟฟ้าเท่ากับกำลังสองของกระแสคูณความต้านทาน

อะนาล็อกไฮดรอลิกด้านบนจะช่วยให้คุณเข้าใจว่าทำไม การเพิ่มกระแสเป็นสองเท่าผ่านตัวต้านทานที่กำหนดนั้นสามารถทำได้โดยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เป็นสองเท่าเท่านั้นดังนั้นสูตร P = U*Iจะใช้ได้ที่นี่เช่นกัน แม้ว่าจะไม่มีในสูตรก็ตาม P = ฉัน^2*รแรงดันไฟฟ้า เพียงแต่ว่าความตึงเครียดในกรณีนี้ปรากฏอยู่ "เบื้องหลัง" โดยซ่อนอยู่เบื้องหลังตัวแปรอื่นๆ

ความแปลกประหลาดอีกประการหนึ่งของสูตรนี้คือกำลังเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต้านทาน เป็นไปได้ยังไง? ถ้าอย่างนั้นเรามาทำลายวงจรกันโดยสิ้นเชิงความต้านทานจะเพิ่มขึ้นเป็นอนันต์ซึ่งหมายความว่ากำลังที่ปล่อยออกมาจากสิ่งที่ไม่มีจะเพิ่มขึ้นตามนั้น? เรื่องไร้สาระอะไร

จริงๆแล้วมันง่าย ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้กระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานลดลงตามลำดับ ถ้าอยู่ในสูตร

P = ฉัน^2*R,

ความต้านทาน รสองเท่าแล้วกระแส ฉันจะลดลงครึ่งหนึ่ง และการขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าในสูตรนี้เป็นกำลังสอง ดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากตัวต้านทานจึงคาดว่าจะลดลงครึ่งหนึ่ง

ฉันเตือนคุณ:

แรงดันไฟฟ้า (คุณ) คือ "ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า" ระหว่างจุดสองจุดใดๆ ในวงจรไฟฟ้า (คล้ายกับความแตกต่างของแรงดันของเหลว) หน่วยวัด - โวลต์.

ปัจจุบัน (ฉัน) คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านส่วนของวงจร (คล้ายกับการไหลของของไหล)หน่วยวัด - แอมแปร์- 1 A = 1 C/วินาที

ความต้านทาน (ร) - ความสามารถของส่วนของวงจรในการรบกวน (ต่อต้าน) การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน(เช่นคอขวดหรือการอุดตันในท่อ)หน่วยวัด - โอห์ม.

พลัง (ป) คือผลคูณของแรงดันและกระแส (ราวกับว่าเราคูณการไหลของน้ำผ่านส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบจ่ายน้ำด้วยความแตกต่างของแรงดันที่ปลายส่วนนี้)หน่วยวัด - วัตต์.

นั่นก็คือพลังงานประเภทต่างๆ ในบทความนี้เราจะพิจารณาและศึกษาแนวคิดทางกายภาพเช่นพลังงานไฟฟ้า

สูตรกำลังปัจจุบัน

ตามกำลังปัจจุบัน เช่นเดียวกับในกลศาสตร์ เราหมายถึงงานที่ดำเนินการต่อหน่วยเวลา สูตรทางกายภาพจะช่วยคุณคำนวณกำลัง โดยรู้ถึงงานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้าในช่วงเวลาหนึ่ง

กระแส แรงดัน และกำลังในไฟฟ้าสถิตมีความสัมพันธ์กันด้วยความเท่าเทียมกัน ซึ่งสามารถหาได้จากสูตร A = UI- ใช้เพื่อกำหนดงานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้า:

P = A/t = UIt/t = UI
ดังนั้นสูตรสำหรับกำลังไฟฟ้ากระแสตรงที่ส่วนใดส่วนหนึ่งของวงจรจึงแสดงเป็นผลคูณของกระแสและแรงดันไฟฟ้าระหว่างปลายของส่วนนั้น

หน่วยกำลัง

1 W (วัตต์) - กำลังกระแส 1 A (แอมแปร์) ในตัวนำระหว่างปลายซึ่งคงแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ 1 V (โวลต์)

อุปกรณ์สำหรับวัดกำลังของกระแสไฟฟ้าเรียกว่าวัตต์มิเตอร์ นอกจากนี้สูตรกำลังปัจจุบันยังช่วยให้คุณกำหนดกำลังโดยใช้โวลต์มิเตอร์และแอมป์มิเตอร์

หน่วยกำลังนอกระบบคือ kW (กิโลวัตต์), GW (กิกะวัตต์), mW (มิลลิวัตต์) เป็นต้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับหน่วยงานนอกระบบบางส่วนที่มักใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น (กิโลวัตต์ชั่วโมง) . เนื่องจาก 1kW = 10 3 วัตต์ และ 1 ชม. = 3600 วินาที, ที่

1kW · ชั่วโมง = 10 3 วัตต์ 3600 วินาที = 3.6 10 6 วัตต์ s = 3.6 10 6 เจ.

กฎและพลังของโอห์ม

โดยใช้กฎของโอห์ม สูตรกำลังปัจจุบัน ป=ยูไอถูกเขียนในรูปแบบนี้:

P = UI = U 2 /R = ฉัน 2 /R
ดังนั้นกำลังที่ปล่อยออกมาบนตัวนำจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสที่ไหลผ่านตัวนำและแรงดันไฟฟ้าที่ปลาย

กำลังไฟฟ้าจริงและพิกัด

เมื่อทำการวัดกำลังในผู้บริโภค สูตรกำลังปัจจุบันช่วยให้คุณสามารถกำหนดค่าที่แท้จริงของมันได้ ซึ่งก็คือค่าที่ผู้บริโภคจัดสรรจริงในช่วงเวลาหนึ่งๆ

อัตรากำลังไฟฟ้ายังระบุไว้ในเอกสารข้อมูลของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ มันถูกเรียกว่าระบุ หนังสือเดินทางของอุปกรณ์ไฟฟ้ามักจะระบุไม่เพียงแต่กำลังไฟพิกัดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการออกแบบด้วย อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายอาจแตกต่างกันเล็กน้อยจากที่ระบุไว้ในหนังสือเดินทาง เช่น อาจเพิ่มขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าในเครือข่ายจะเพิ่มขึ้น และดังนั้นกระแสไฟฟ้าในผู้บริโภคด้วย นั่นคือพลังงานจริงและกำลังไฟของอุปกรณ์อาจแตกต่างกัน กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่แท้จริงของอุปกรณ์ไฟฟ้ามากกว่ากำลังไฟที่กำหนด ทำเช่นนี้เพื่อป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ทำงานล้มเหลวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายเล็กน้อย

หากวงจรประกอบด้วยผู้บริโภคหลายรายเมื่อคำนวณกำลังจริงควรจำไว้ว่าสำหรับการเชื่อมต่อของผู้บริโภคพลังงานทั้งหมดในวงจรทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของพลังของผู้บริโภคแต่ละราย

ประสิทธิภาพของเครื่องใช้ไฟฟ้า

ดังที่คุณทราบไม่มีเครื่องจักรและกลไกในอุดมคติ (นั่นคือเครื่องจักรที่จะแปลงพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่งหรือสร้างพลังงานโดยสมบูรณ์) ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ ส่วนหนึ่งของพลังงานที่ใช้ไปนั้นจำเป็นต้องใช้ในการเอาชนะแรงต้านทานที่ไม่ต้องการหรือเพียงแค่ "กระจาย" ออกสู่สิ่งแวดล้อม ดังนั้นพลังงานเพียงส่วนหนึ่งที่เราใช้จ่ายไปเพื่อการทำงานที่เป็นประโยชน์ซึ่งอุปกรณ์ถูกสร้างขึ้น

ปริมาณทางกายภาพที่แสดงว่าส่วนใดของงานที่มีประโยชน์ถูกใช้ไปเรียกว่าปัจจัยด้านประสิทธิภาพ (ต่อไปนี้จะเรียกว่าประสิทธิภาพ)

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ประสิทธิภาพแสดงให้เห็นว่างานที่ใช้ไปมีประสิทธิผลเพียงใดเมื่อมีการดำเนินการ เช่น โดยเครื่องใช้ไฟฟ้า

ประสิทธิภาพ (แสดงด้วยตัวอักษรกรีก η (“สิ่งนี้”)) คือปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า และแสดงให้เห็นว่าส่วนใดของงานที่มีประโยชน์ถูกใช้ไป

ประสิทธิภาพถูกกำหนด (เช่นเดียวกับในกลศาสตร์) โดยสูตร:

η = A P /AZ ·100%

หากทราบกำลังของกระแสไฟฟ้า สูตรในการกำหนด CFC จะมีลักษณะดังนี้

η = P P /PZ ·100%

ก่อนที่จะพิจารณาประสิทธิภาพของอุปกรณ์บางชนิด จำเป็นต้องพิจารณาว่างานใดที่เป็นประโยชน์ (อุปกรณ์ได้รับการออกแบบมาให้ทำอะไร) และงานใดที่ใช้ไป (งานที่ทำเสร็จหรือใช้พลังงานไปเท่าใดในการทำงานที่มีประโยชน์)

งาน

หลอดไฟฟ้าธรรมดามีกำลัง 60 W และแรงดันไฟฟ้าขณะทำงาน 220 V กระแสไฟฟ้าในหลอดทำงานอะไรและคุณจ่ายค่าไฟฟ้าเป็นจำนวนเท่าใดในระหว่างเดือนที่อัตราค่าไฟฟ้า T = 28 รูเบิล ใช้หลอดไฟ 3 ชั่วโมงทุกวัน?
ความแรงของกระแสไฟในหลอดไฟและความต้านทานของคอยล์ในสภาพการทำงานคือเท่าไร?

สารละลาย:

1. เพื่อแก้ไขปัญหานี้:
ก) คำนวณเวลาการทำงานของหลอดไฟในระหว่างเดือน
b) คำนวณงานที่ทำโดยกระแสในหลอดไฟ
c) คำนวณค่าธรรมเนียมรายเดือนในอัตรา 28 รูเบิล
d) คำนวณกระแสในหลอดไฟ
e) คำนวณความต้านทานของเกลียวหลอดไฟในสภาวะการทำงาน

2. เราคำนวณงานที่ทำในปัจจุบันโดยใช้สูตร:

ก = ป ต

ความแรงของกระแสในหลอดไฟสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรกำลังปัจจุบัน:

ป = UI;
ฉัน = P/U

ความต้านทานของขดลวดหลอดไฟในสภาวะการทำงานจากกฎของโอห์มเท่ากับ:

[A] = ว;

[ฉัน] = 1B 1A/1B = 1A;

[R] = 1V/1A = 1โอห์ม

4. การคำนวณ:

t = 30 วัน · 3 ชั่วโมง = 90 ชั่วโมง;
A = 60·90 = 5400 Wh = 5.4 กิโลวัตต์ชั่วโมง;
ผม = 60/220 = 0.3 A;
R = 220/0.3 = 733 โอห์ม;
B = 5.4 kWh 28 kW / kWh = 151 ถู

คำตอบ: A = 5.4 kWh; ฉัน = 0.3 ก; R = 733 โอห์ม; B = 151 รูเบิล

สวัสดีตอนบ่ายนักวิทยุสมัครเล่นที่รัก!
ยินดีต้อนรับสู่เว็บไซต์ “”

สูตรเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นโครงกระดูกของวิทยาศาสตร์อิเล็กทรอนิกส์ แทนที่จะทิ้งองค์ประกอบวิทยุทั้งหมดลงบนโต๊ะแล้วเชื่อมต่อใหม่เข้าด้วยกัน พยายามคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้น ผู้เชี่ยวชาญที่มีประสบการณ์จะสร้างวงจรใหม่ทันทีตามกฎทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่เป็นที่รู้จัก เป็นสูตรที่ช่วยกำหนดค่าเฉพาะของการจัดอันดับของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และพารามิเตอร์การทำงานของวงจร

การใช้สูตรเพื่อปรับปรุงวงจรสำเร็จรูปให้ทันสมัยก็มีประสิทธิภาพพอๆ กัน ตัวอย่างเช่น ในการเลือกตัวต้านทานที่ถูกต้องในวงจรที่มีหลอดไฟ คุณสามารถใช้กฎของโอห์มพื้นฐานกับกระแสตรงได้ (คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ในส่วน "ความสัมพันธ์ของกฎของโอห์ม" ทันทีหลังจากบทแนะนำโคลงสั้น ๆ ของเรา) ดังนั้นหลอดไฟจึงสามารถทำให้ส่องสว่างมากขึ้นหรือหรี่ลงได้

บทนี้จะนำเสนอสูตรฟิสิกส์พื้นฐานมากมายที่คุณจะพบไม่ช้าก็เร็วขณะทำงานด้านอิเล็กทรอนิกส์ บางส่วนเป็นที่รู้จักมานานหลายศตวรรษ แต่เรายังคงใช้มันอย่างประสบความสำเร็จต่อไป เช่นเดียวกับลูกหลานของเรา

ความสัมพันธ์ทางกฎหมายของโอห์ม

กฎของโอห์มคือความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน กระแส ความต้านทาน และกำลัง สูตรที่ได้รับทั้งหมดสำหรับการคำนวณแต่ละค่าเหล่านี้แสดงอยู่ในตาราง:

ตารางนี้ใช้การกำหนดปริมาณทางกายภาพที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปต่อไปนี้:

คุณ- แรงดันไฟฟ้า (V)

ฉัน- ปัจจุบัน (A)

ร- กำลัง (วัตต์)

ร- ความต้านทาน (โอห์ม)

มาฝึกใช้ตัวอย่างต่อไปนี้ สมมติว่าเราจำเป็นต้องค้นหากำลังของวงจร เป็นที่ทราบกันว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วคือ 100 V และกระแสคือ 10 A จากนั้นพลังงานตามกฎของโอห์มจะเท่ากับ 100 x 10 = 1,000 W ค่าที่ได้รับสามารถนำมาใช้ในการคำนวณเช่นระดับฟิวส์ที่ต้องป้อนลงในอุปกรณ์หรือเช่นเพื่อประมาณค่าไฟฟ้าที่ช่างไฟฟ้าจากสำนักงานการเคหะจะนำมาให้คุณเป็นการส่วนตัวเมื่อสิ้นสุด เดือน.

อีกตัวอย่างหนึ่ง: สมมติว่าเราจำเป็นต้องค้นหาค่าของตัวต้านทานในวงจรที่มีหลอดไฟ ถ้าเรารู้ว่ากระแสใดที่เราต้องการให้ผ่านวงจรนี้ ตามกฎของโอห์ม กระแสจะเท่ากับ:

ผม=คุณ/ร

แผนภาพประกอบด้วยหลอดไฟ ตัวต้านทาน และแหล่งพลังงาน (แบตเตอรี่) เมื่อใช้สูตรข้างต้นแม้แต่เด็กนักเรียนก็สามารถคำนวณความต้านทานที่ต้องการได้

ในสูตรนี้มีอะไรบ้าง? มาดูตัวแปรต่างๆ กันดีกว่า

> คุณหลุม(บางครั้งเขียนเป็น V หรือ E): แรงดันไฟฟ้า เนื่องจากเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดไฟ แรงดันไฟฟ้าบางส่วนจะลดลง ขนาดของการตกนี้ (โดยปกติคือแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของหลอดไฟในกรณีของเราคือ 3.5 V) จะต้องถูกลบออกจากแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน . ตัวอย่างเช่น ถ้า Upit = 12 V แล้ว U = 8.5 V โดยมีเงื่อนไขว่า 3.5 V ตกคร่อมหลอดไฟ

> ฉัน: กระแสไฟฟ้า (วัดเป็นแอมแปร์) ที่ถูกวางแผนให้ไหลผ่านหลอดไฟ ในกรณีของเรา - 50 mA เนื่องจากกระแสในสูตรระบุเป็นแอมแปร์ ดังนั้น 50 มิลลิแอมป์จึงเป็นเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้น: 0.050 A

> ร: ความต้านทานที่ต้องการของตัวต้านทานจำกัดกระแส มีหน่วยเป็นโอห์ม

ต่อไปคุณสามารถใส่จำนวนจริงลงในสูตรคำนวณความต้านทานแทน U, I และ R:

R = U/I = 8.5 V / 0.050 A = 170 โอห์ม

การคำนวณความต้านทาน

การคำนวณความต้านทานของตัวต้านทานหนึ่งตัวในวงจรอย่างง่ายนั้นค่อนข้างง่าย อย่างไรก็ตาม เมื่อมีการเพิ่มตัวต้านทานอื่นๆ เข้าไป ไม่ว่าจะแบบขนานหรือแบบอนุกรม ความต้านทานโดยรวมของวงจรก็จะเปลี่ยนไปด้วย ความต้านทานรวมของตัวต้านทานหลายตัวที่ต่ออนุกรมกันจะเท่ากับผลรวมของความต้านทานแต่ละตัวของตัวต้านทานแต่ละตัว สำหรับการเชื่อมต่อแบบขนาน ทุกอย่างจะซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย

เหตุใดคุณจึงต้องใส่ใจกับวิธีเชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ เข้าด้วยกัน มีสาเหตุหลายประการสำหรับเรื่องนี้

> ความต้านทานของตัวต้านทานเป็นเพียงค่าคงที่บางช่วงเท่านั้น ในบางวงจร จะต้องคำนวณค่าความต้านทานอย่างถูกต้อง แต่เนื่องจากตัวต้านทานที่มีค่านี้อาจไม่มีอยู่เลย องค์ประกอบหลายรายการจึงต้องเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนาน

> ตัวต้านทานไม่ใช่ส่วนประกอบเดียวที่มีความต้านทาน ตัวอย่างเช่น การหมุนของขดลวดมอเตอร์ไฟฟ้าก็มีความต้านทานต่อกระแสด้วยเช่นกัน ในปัญหาในทางปฏิบัติหลายอย่าง จำเป็นต้องคำนวณความต้านทานรวมของวงจรทั้งหมด

การคำนวณความต้านทานของตัวต้านทานแบบอนุกรม

สูตรการคำนวณความต้านทานรวมของตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมนั้นง่ายอย่างไม่เหมาะสม คุณเพียงแค่ต้องเพิ่มแนวต้านทั้งหมด:

Rtotal = Rl + R2 + R3 + … (กี่ครั้งก็ได้ที่มีองค์ประกอบ)

ในกรณีนี้ค่า Rl, R2, R3 เป็นต้นคือความต้านทานของตัวต้านทานแต่ละตัวหรือส่วนประกอบวงจรอื่น ๆ และ Rtotal คือค่าผลลัพธ์

ตัวอย่างเช่นหากมีวงจรของตัวต้านทานสองตัวที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมโดยมีค่า 1.2 และ 2.2 kOhm ความต้านทานรวมของวงจรส่วนนี้จะเท่ากับ 3.4 kOhm

การคำนวณความต้านทานของตัวต้านทานแบบขนาน

สิ่งต่างๆ จะซับซ้อนขึ้นเล็กน้อยหากคุณต้องการคำนวณความต้านทานของวงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทานแบบขนาน สูตรอยู่ในรูปแบบ:

R รวม = R1 * R2 / (R1 + R2)

โดยที่ R1 และ R2 คือความต้านทานของตัวต้านทานแต่ละตัวหรือส่วนประกอบวงจรอื่นๆ และ Rtot คือค่าผลลัพธ์ ดังนั้นถ้าเราใช้ตัวต้านทานตัวเดียวกันที่มีค่า 1.2 และ 2.2 kOhm แต่เชื่อมต่อแบบขนานเราจะได้

776,47 = 2640000 / 3400

ในการคำนวณความต้านทานผลลัพธ์ของวงจรไฟฟ้าของตัวต้านทานตั้งแต่สามตัวขึ้นไป ให้ใช้สูตรต่อไปนี้:

การคำนวณความจุ

สูตรที่ให้ไว้ข้างต้นยังใช้ได้กับการคำนวณกำลังการผลิตด้วย แต่จะตรงกันข้ามเท่านั้น เช่นเดียวกับตัวต้านทาน พวกเขาสามารถขยายให้ครอบคลุมส่วนประกอบจำนวนเท่าใดก็ได้ในวงจร

การคำนวณความจุของตัวเก็บประจุแบบขนาน

หากคุณต้องการคำนวณความจุของวงจรที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุแบบขนาน คุณเพียงแค่ต้องเพิ่มค่าของมัน:

ชุมชน = CI + C2 + SZ + ...

ในสูตรนี้ CI, C2 และ SZ คือความจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัว และ Ctotal คือค่าผลรวม

การคำนวณความจุของตัวเก็บประจุแบบอนุกรม

ในการคำนวณความจุรวมของตัวเก็บประจุคู่ที่ต่ออนุกรมกัน จะใช้สูตรต่อไปนี้:

ชุมชน = C1 * C2 / (C1 + C2)

โดยที่ C1 และ C2 คือค่าความจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัว และ Ctot คือความจุรวมของวงจร

การคำนวณความจุของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมตั้งแต่สามตัวขึ้นไป

มีตัวเก็บประจุอยู่ในวงจรหรือไม่? มากมาย? ไม่เป็นไร: แม้ว่าทั้งหมดจะเชื่อมต่อแบบอนุกรม แต่คุณสามารถหาค่าความจุผลลัพธ์ของวงจรนี้ได้เสมอ:

เหตุใดจึงต้องเชื่อมต่อตัวเก็บประจุหลายตัวแบบอนุกรมพร้อมกันในเมื่อตัวเดียวก็เพียงพอแล้ว? คำอธิบายเชิงตรรกะประการหนึ่งสำหรับข้อเท็จจริงข้อนี้คือความจำเป็นในการได้รับค่าเฉพาะสำหรับความจุของวงจร ซึ่งไม่มีค่าอะนาล็อกในชุดการจัดอันดับมาตรฐาน บางครั้งคุณต้องเดินไปตามเส้นทางที่ยุ่งยากมากขึ้น โดยเฉพาะในวงจรที่มีความละเอียดอ่อน เช่น เครื่องรับวิทยุ

การคำนวณสมการพลังงาน

หน่วยวัดพลังงานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติคือ กิโลวัตต์-ชั่วโมง หรือวัตต์-ชั่วโมง ในกรณีของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คุณสามารถคำนวณพลังงานที่ใช้ไปโดยวงจรโดยทราบระยะเวลาที่อุปกรณ์เปิดอยู่ สูตรการคำนวณคือ:

วัตต์ชั่วโมง = P x T

ในสูตรนี้ ตัวอักษร P หมายถึงการใช้พลังงานที่แสดงเป็นวัตต์ และ T คือเวลาในการทำงานเป็นชั่วโมง ในวิชาฟิสิกส์ เป็นเรื่องปกติที่จะต้องแสดงปริมาณพลังงานที่ใช้ไปในหน่วยวัตต์-วินาทีหรือจูล ในการคำนวณพลังงานในหน่วยเหล่านี้ วัตต์-ชั่วโมงจะหารด้วย 3600

การคำนวณความจุคงที่ของวงจร RC

วงจรอิเล็กทรอนิกส์มักใช้วงจร RC เพื่อหน่วงเวลาหรือขยายสัญญาณพัลส์ให้ยาวขึ้น วงจรที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ (จึงเป็นที่มาของคำว่าวงจร RC)

หลักการทำงานของวงจร RC คือตัวเก็บประจุที่มีประจุจะถูกคายประจุผ่านตัวต้านทานไม่ใช่ทันที แต่ในช่วงเวลาหนึ่ง ยิ่งความต้านทานของตัวต้านทานและ/หรือตัวเก็บประจุมากเท่าใด ความจุไฟฟ้าก็จะยิ่งใช้ในการคายประจุนานขึ้นเท่านั้น ผู้ออกแบบวงจรมักใช้วงจร RC เพื่อสร้างตัวจับเวลาและออสซิลเลเตอร์อย่างง่าย หรือเปลี่ยนรูปคลื่น

คุณจะคำนวณค่าคงที่เวลาของวงจร RC ได้อย่างไร? เนื่องจากวงจรนี้ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุจึงใช้ค่าความต้านทานและความจุในสมการ ตัวเก็บประจุทั่วไปมีความจุตามลำดับไมโครฟารัดหรือน้อยกว่านั้น และหน่วยของระบบคือฟารัด ดังนั้นสูตรจึงทำงานเป็นเลขเศษส่วน

ที=อาร์ซี

ในสมการนี้ T หมายถึงเวลาเป็นวินาที R หมายถึงความต้านทานในหน่วยโอห์ม และ C หมายถึงความจุในหน่วยฟารัด

ตัวอย่างเช่น ให้ต่อตัวต้านทาน 2000 โอห์มเข้ากับตัวเก็บประจุ 0.1 µF ค่าคงที่เวลาของห่วงโซ่นี้จะเท่ากับ 0.002 วินาทีหรือ 2 มิลลิวินาที

เพื่อให้คุณแปลงหน่วยความจุขนาดเล็กพิเศษเป็นฟารัดได้ง่ายขึ้นในตอนแรก เราได้รวบรวมตาราง:

การคำนวณความถี่และความยาวคลื่น

ความถี่ของสัญญาณคือปริมาณที่แปรผกผันกับความยาวคลื่น ดังจะเห็นได้จากสูตรด้านล่างนี้ สูตรเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อทำงานกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ เช่น เพื่อประมาณความยาวของเส้นลวดที่วางแผนจะใช้เป็นเสาอากาศ ในสูตรต่อไปนี้ทั้งหมด ความยาวคลื่นจะแสดงเป็นเมตร และความถี่เป็นกิโลเฮิรตซ์

การคำนวณความถี่สัญญาณ

สมมติว่าคุณต้องการศึกษาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อที่คุณจะได้สร้างเครื่องรับส่งสัญญาณของคุณเองและสนทนากับผู้สนใจที่คล้ายกันจากอีกซีกโลกหนึ่งบนเครือข่ายวิทยุสมัครเล่น ความถี่ของคลื่นวิทยุและความยาวของคลื่นจะอยู่เคียงข้างกันในสูตร ในเครือข่ายวิทยุสมัครเล่น คุณมักจะได้ยินข้อความว่าผู้ปฏิบัติงานทำงานเกี่ยวกับความยาวคลื่นดังกล่าว ต่อไปนี้เป็นวิธีคำนวณความถี่ของสัญญาณวิทยุตามความยาวคลื่น:

ความถี่ = 300000 / ความยาวคลื่น

ความยาวคลื่นในสูตรนี้แสดงเป็นหน่วยมิลลิเมตร ไม่ใช่ฟุต อาร์ชิน หรือนกแก้ว ความถี่ถูกกำหนดเป็นเมกะเฮิรตซ์

การคำนวณความยาวคลื่นสัญญาณ

สามารถใช้สูตรเดียวกันนี้ในการคำนวณความยาวคลื่นของสัญญาณวิทยุได้หากทราบความถี่:

ความยาวคลื่น = 300000 / ความถี่

ผลลัพธ์จะแสดงเป็นมิลลิเมตร และความถี่ของสัญญาณระบุเป็นเมกะเฮิรตซ์

ลองยกตัวอย่างการคำนวณ ให้นักวิทยุสมัครเล่นสื่อสารกับเพื่อนด้วยความถี่ 50 MHz (50 ล้านรอบต่อวินาที) เมื่อแทนตัวเลขเหล่านี้ลงในสูตรข้างต้น เราจะได้:

6,000 มิลลิเมตร = 300000/50เมกะเฮิรตซ์

อย่างไรก็ตามมักใช้หน่วยระบบความยาว - เมตรบ่อยขึ้นดังนั้นเพื่อให้การคำนวณเสร็จสมบูรณ์เราเพียงแค่ต้องแปลงความยาวคลื่นให้เป็นค่าที่เข้าใจได้มากขึ้น เนื่องจากมี 1,000 มิลลิเมตรใน 1 เมตร ผลลัพธ์คือ 6 เมตร ปรากฎว่านักวิทยุสมัครเล่นปรับสถานีวิทยุของเขาให้มีความยาวคลื่น 6 เมตร เย็น!