Как высчитать мощность электричества: Расчет мощности потребляемой энергии: определение, формула и варианты

Содержание

Формула мощности электрического тока. Как найти, вычислить, рассчитать мощность.

 

 

 

Тема: по какой формуле можно найти электрическую мощность, как ее узнать.

 

Электрическая мощность является одной из наиболее важных и значимых характеристик, которая показывает величину, силу той электротехники, систем, цепей, что работают, выполняя ту или иную функцию. Естественно, как и любая другая физическая величина электрическая мощность должна иметь свою меру, благодаря которой появляется возможность ее рассчитывать, делая заведомо точные, экономичные, эффективные устройства, системы и т.д. Для расчетов существуют определенные формулы, по которым и находятся нужные значения мощности.

 

 

Формула мощности тока (электрического) достаточно проста и выражается как произведение напряжения на силу тока. То есть, чтобы найти электрическую мощность достаточно просто напряжение умножить на ток. Если воспользоваться законом ома, то ее можно найти и через сопротивление. В этом случае электрическая мощность будет равна силе тока в квадрате умноженный на сопротивление или же напряжение в квадрате деленное на сопротивление.

 

Напомню, что при использовании формул подразумевается применение основных единиц измерения физических величин. В нашем случае основными единицами будут:

 

Электрическая мощность — Ватт;
Сила тока — Ампер;
Напряжение — Вольт;
Сопротивление — Ом.

 

 

 

 

Исходя из этого формула мощности электрического тока будет звучать так — 1 Ватт равен 1 Вольт умноженный на 1 Ампер. Думаю вы смысл поняли. Меньшими единицами измерения мощности является милливатты (1000 мВт = 1 Вт), большими единицами являются киловатты и мегаватты (1 кВт = 1000 Вт, 1 МВт = 1000 000 Вт). Милливатты это достаточно маленькая мощность, ее используют в электронике, радиотехнике. К примеру мощность слухового аппарата измеряется именно в милливаттах. Мощность в ваттах можно встретить в звуковых усилителях, у небольших блоках питания, мини электродвигателях. Киловатты это мощность, которая часто встречается в бытовых и технических устройствах (электрочайники, электродвигатели, обогреватели и т.д.). Мегаватты это уже достаточно большая мощность, ее можно встретить на электроподстанциях, электростанциях, у потребителях электроэнергии размером с город и т.д.

 

Если говорить о формуле более научной, которая электрическую мощность тока выражает через работу и время, то она будет звучать так — электрическая мощность равна отношению работы тока на участке цепи ко времени, в течении которого совершается эта работа.

 

 

То есть, работа деленная на время будет определять мощность. Кроме этого часто путают такие величины как ватты и ватт-час. В ваттах измеряется электрическая мощность — скорость изменения энергии (передачи, преобразования, потребления). А ватт-час являются единицей измерения самой энергии (работы). В ватт-часах выражается энергия, произведенная (переданная, преобразованная, потребленной) за определенное время.

 

Мощность также разделяется на активную и реактивную. Активная мощность — часть полной мощности, что удалось передать в нагрузку за период переменного тока. Она равна произведению действующих значений напряжения и тока на cosφ (косинус угла сдвига фаз между ними). Электрическая мощность, что не была передана в нагрузку, а привела к некоторым потерям (на излучение, нагрев) называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений напряжения и тока на sinφ (синус угла сдвига фаз между ними).

 

P.S. Электрическая мощность является одной из главных величин и характеристик, используемые в электротехнике. Именно ее мы узнаем при покупки того или иного электрического устройства. Ведь она определяет силу, с которой электротехника может работать. К примеру электродрель. Если мы купим дрель недостаточной мощности, то она просто не сможет обеспечить нам нормальную работу при сверлении.

Хотя гнаться за слишком большой мощностью также не следует, ведь это ведет к излишней трате электроэнергии, за которую вы будете платить. Так что у всего должна быть своя мера и мощность.

 

 

Как рассчитать мощность потребляемой электроэнергии

Как рассчитать мощность потребляемой электроэнергии

Для того, что понять, как рассчитать мощность потребляемой электроэнергии, лицу необходимо узнать значение мгновенной потребляемой мощности.

Расчет мощности потребителей электроэнергии может производиться по двум методикам, которые отличаются в зависимости от набора присутствующих у лица измерительных приспособлений.

Первый способ измерения мощности

Алгоритм определения значения мощности представляет собой такую последовательность операций:

  • узнать величину мгновенно потребляемой мощность в техническом паспорте электроприбора;
  • умножить значение на рабочий промежуток времени.

Второй способ измерения мощности

Альтернативная методика определения показателя электрической мощности требует наличия мультиметра, а также следующих вспомогательных приспособлений:

  • проводка;
  • нож;
  • отвертка.

Измерение будет осуществляться после включения ваттметра в электрическую цепь. Механизм вычисления требуют поэтапного проведения следующих операций:

  • отключение входного автомата с целью обесточить цепь;
  • отсоединение одного из проводов от входного коммутационного устройства;
  • присоединение провода с зачищенными концами;
  • коррекция длины проводов с учетом размещения измерительного прибора и электрического оборудования.

Прямой метод

Для вычисления нужных величин может применяться прямой метод вычисления, который предполагает соединение с цепью ваттметра. Канал тока подключается в разрыв, а канал напряжения — во входное устройство. Далее подается напряжение и на индикаторе устройства отображается величина мощности.

Косвенный метод

Вычислить мощность можно косвенным способом, если измерить величины тока и напряжения в рабочей цепи. При использовании косвенного метода вычисления потребуется подключить мультиметр в разрыв цепи и перевести аппарат в режим измерения тока. После подачи напряжение нужно измерить ток с помощью индикатора прибора.

Далее происходит отключение напряжения, отсоединение мультиметра и восстановление исходного вида электрической цепи. После этого напряжение подается в цепь, а мультиметр фиксирует его уровень. Замерить показатель можно посредством касания щупов приспособления к выходным клеммам коммутационного аппарата.

Мощность вычисляет путем умножения показателя тока на уровень напряжения. Итоговая величина будет измеряться в Вт.

Какова потребляемая мощность насоса, как ее рассчитать

Насос является основным элементом отопительной системы. Главная задача устройства – обеспечить принудительную циркуляцию воды по замкнутому контуру. Работа насоса позволяет ускорить перемещение теплоносителя в системе и сделать процесс циркуляции жидкой среды более продуктивным. Есть разные типы оборудования, независимо от их вида, достигается КПД процесса. Но возникает вопрос, какова потребляемая мощность насоса, как ее рассчитать, что сделать, чтобы потребление электричества было умеренным.

Потребление

Насосы

Энергоемкость насосной станции определяется исходя из ее мощности. Производители предлагают насосы разной мощности: от шестисот ватт до полутора киловатт. Это приборы для бытового использования, более мощные системы предназначены для производственного использования. Производительность насоса зависит от объемов перекачиваемой воды и напора.

Насосные оборудования разного типа имеют свои особенности и технические характеристики. Рассмотрим разновидности приборов более детально.

Вопрос энергосбережения становится все более актуальным. Экономить и уменьшать расходы возможно не только с помощью экономных ламп, но и за счет применения энергосберегающих приборов и устройств.

Насос циркуляционного типа относится к данной категории. Он применяется для принудительной циркуляции носителя в закрытой системе. Благодаря беспрерывному движению температура носителя остается высокой и не тратится большое количество энергии на повторный нагрев. Это приводит к экономии ресурса.

В конце девяностых прошлого столетия была разработана шкала, позволяющая определить классность энергопотребления. Каждый прибор получил буквенное обозначение от А до G. Техника с маркировкой А считается максимально экономичной, буква G указывает на большое потребление энергии. Но установленная маркировка постоянно совершенствуется: можно встретить обозначение А+, А++ и даже А+++. Что касается насосных станций, в настоящее время они маркируются только буквой А.

Преимуществом циркуляционного насоса является его низкое энергопотребление.

Это объясняется постоянным совершенствованием и улучшением качества работы устройства. В частности, в гидравлике и электродвигателе. К преимуществам циркулярного насоса относят:

  • очень быстрый прогрев системы;
  • высокая эффективность системы;
  • надежность работы;
  • простота в эксплуатации.

Существует несколько разновидностей циркуляционного насоса. Они разделяются по принципу работы на мокрые и сухие. Каждый из них имеет свои особенности и преимущества. Устройства способны перекачивать жидкость от двух до ста десяти градусов тепла. Электроника позволяет автоматически регулировать давление в системе. Автоматика помогает усилить точность насоса, реагировать на изменения в отопительной системе.

Лучшими фирмами, предлагающими циркулярные станции, являются Вило и Грундфос.

Предназначение грундфос насоса grundfos – использование в разных системах отопления и для теплого пола. Обогрев, применение циркуляционных насосов для отопления отлично себя зарекомендовало.

Чтобы произвести расчет мощности потребляемой насосами компании, необходимо знать типоразмер устройства: он колеблется в пределах от пяти – двадцати ватт до тридцати двух – шестидесяти ватт. Снизить количество потребляемой электроэнергии возможно за счет применения магнитных роторов, частотного преобразователя, компактного статора.

Характеристика насосов

Вычислить потребление энергии циркулярного насосного оборудования можно путем математических расчетов. Специалисты сравнив энергозатратность обычного циркуляционного насоса и оборудования Альфа2, компании Грундфос, сделали вывод, что последний экономичнее более чем в три раза.

Заслуживает внимания и циркуляционный насос немецкой компании Вило. Преимущества насоса wilo в невысокой потребляемой мощности. Модель расходует от трех до двадцати ватт в час. Класс энергопотребления – А. Данные о текущем расходе энергии и наработанных киловаттах отображаются на удобном дисплее. Насосное оборудование предназначено для отопления и кондиционирования.

Количество потребляемой электроэнергии зависит от типа насосной станции и варьируется в промежутках от половины до полутора киловатт в час. Общее количество израсходованного ресурса зависит от интенсивности использования насосной установки. Чтобы прибор справлялся со своей задачей, необходимо грамотно подобрать оборудование, учитывая конкретную задачу, для которой подбирается оборудование.

В центробежных циркуляционных насосах для продвижения жидкости используется центробежная сила, которая возникает под воздействием рабочего поршня на жидкость. Основное назначение центробежного насоса – обеспечение полива на приусадебных участках. Но кроме этого, перекачиваются агрессивные и абразивные жидкости. Устройства характеризуются продолжительным сроком службы, высоким КПД. Чтобы определить мощность скважинного насоса, нужно рассчитать, какое количество ватт затрачивается за час работы и умножить на время работы за месяц.

Тепловой насос – прекрасное решение для отопления дома. Климат-контроль — самые комфортные характеристики данного типа оборудования. Он незаменим, если в доме нет централизованного газового отопления.

Мощность теплового насоса основополагающая техническая характеристика.

Она выбирается с учетом теплопотерь, но производить подобные расчеты должен специалист. Существуют специальные формулы, помогающие правильно выбрать оборудование.

Потребление электроэнергии

Нередко можно услышать, что насос потребляет много сколько же это на самом деле?

Циркулярные насосы не поднимают воду из глубины, а просто обеспечивают ее движение в закрытой системе. По этой причине устройства выдают высокую производительность при невысокой мощности, как правило, это шестьдесят – сто ватт. Это примерно столько же, сколько потребляет обычная лампа накаливания.

Потребление электроэнергии насосом, его размер, зависит от многих параметров. Можно найти энергосберегающие модели с электронным наполнением. Они оборудованы электронным частотным регулированием и относятся к А-классу. Устройства способны автоматически налаживать мощность в случае отклонения параметров в сети. Несмотря на более высокую их стоимость, окупается прибор очень быстро.

Прежде, чем мы узнаем, сколько расходуем квт и рассчитаем потребление электроэнергии насосом, необходимо получить информацию о тепловой мощности прибора. Приняты такие показатели:

  • частный дом небольшого размера – сто киловатт (0,1 киловатт) на квадратный метр;
  • квартира в многоэтажном доме – семьдесят ватт на квадратный метр;
  • производственные помещения – от тридцати до пятидесяти ватт на метр квадратный.

Самостоятельно рассчитать нужную тепловую мощность необходимо с учетом назначения, степени теплоизоляции. В интернете предоставлено множество удобных и понятных таблиц.

Рассчитать, сколько электричества потребляет насос, сложно. Учитывается масса аспектов. За час обычный насос потребляет около четырех ватт, за сутки устройство потребляет от сорока до восьмидесяти ватт. Показатели могут увеличиваться или уменьшаться в зависимости от погоды, степени утепления помещения, интенсивности использования.

Правильно подобрать насос можно с учетом таких параметров: производительность, напор, конструкция, эффективность работы. Если затрудняетесь, какому устройству отдать предпочтение, обратитесь за помощью к специалисту.

Как рассчитать мощность генератора для дома, дачи?

При выборе генератора необходимо правильно рассчитать требуемую мощность электростанции, учитывая такие моменты, как:
1. Должен ли генератор питать электроэнергией весь дом или достаточно будет определить наиболее важные точки потребления (освещение, чайник, холодильник, телевизор и т.д.).
2. Планируется ли в будущем увеличение подключаемых приборов, дополнительных объектов.

Мощность генератора для дома, дачи, ремонта, работы и т.д. рассчитывается, исходя из количества электрических приборов, которые могут быть подключены одновременно при подаче питания от электрогенератора. К примеру, если во время аварийного отключения электричества на даче, Вам потребуется обеспечить освещение дома, а также работу самых необходимых электроприборов, как холодильник, чайник, плита, телевизор, светильники, то Вам достаточно будет выбрать бензиновый электрогенератор мощностью от 3 — 4 кВт.

Определение необходимой мощности генератора (станции)


Таблица потребителей наглядно показывает минимальную мощность для каждого из подключаемых электроприборов в вашем доме. Рассчитать примерную мощность генератора можно по формуле, указанной ниже.


Предлагаем приблизительный расчёт (формула) — определение необходимой мощности электрогенератора для дома и дачи: 


 К примеру, необходимо подключить с помощью генератора для дачи такие приборы в доме:



ЛАМПОЧКА ОСВЕЩЕНИЯ (х 8 шт.)
Активный однофазный потребитель с потребляемой мощностью 60 Вт.
Необходимый запас мощности 10 % или 6 Вт.
ИТОГО: 528 Вт


ХОЛОДИЛЬНИК
Реактивный однофазный потребитель с потребляемой мощностью 500 Вт (с учетом cosφ).
Необходимый запас мощности 200 % или 1000 Вт.
ИТОГО: 1500 Вт


ТЕЛЕВИЗОР
Активный однофазный потребитель с потребляемой мощностью 300 Вт.
Необходимый запас мощности 60 % или 180 Вт.
ИТОГО: 480 Вт


ПЕЧКА СВЧ
Активный однофазный потребитель с потребляемой мощностью 750 Вт.
Необходимый запас мощности 50 % или 375 Вт.
ИТОГО: 1125 Вт
                                                 Вычисляем показатели:

  • Суммируем: 528+1500+480+1125 = 3633 Вт (3,6 кВт)
  • Получаем: 3,6 кВт + 20% (запас мощности на возможное увеличение приборов в доме с течением времени) = 4,3 кВт
  • Рекомендуем купить бензиновый генератор (однофазный) номинальной мощностью от 4 кВт.

ВАЖНО!

Если количество подключаемых приборов гораздо больше или здание оснащено сложным оборудованием (системы охраны, вентиляции и кондиционирования, подогреваемые полы, компьютерная техника, электрический котёл и т.д.), то для точного определения суммарной мощности желательно проконсультироваться у специалиста, который обследуя объект, проанализировав предоставленные данные, сможет дать правильную оценку требуемой мощности, количества фаз, посоветует в выборе генератора по типу двигателя, марке производителя, конструкторским особенностям, ценовой категории, а также, места его инсталляции.
При наличии котла отопления (особенно электрического) требуемая мощность генератора увеличивается в разы! Как правило, генератор для дачи и загородного дома обычно выбирается с запасом (около 20%) выше рассчитанной мощности, ведь необходимых приборов в доме с течением времени становится всё больше. Перед покупкой обязательно проконсультируйтесь со специалистом во избежание неправильного выбора генератора.

В случае, если Вы не уверены в правильном определении мощности электростанции, и Вам требуется консультация специалиста, напишите нам или позвоните по тел. (495) 741-48-20


Также, если Вам необходим расчет мощности дизельной электростанции промышленного или специального назначения, просим прислать заявку с описанием объекта.

 
Смотрите также:

<div><img src=»//mc.yandex.ru/watch/8054860″ alt=»» /></div>

Калькулятор мощности потребляемой сервером ~ COOLHOUSING s.r.o.

В Coolhousing мы руководствуемся девизом: «Платите в меру и только за то, что вы используете на самом деле». Именно по этой причине в нашем центре обработки данных уже давно используется система умных розеток. Благодаря этим розеткам наши клиенты платят только за ту электроэнергию, которую действительно потребили их серверы. Однако частой проблемой данной политики является тот факт, что владельцы серверов даже не представляют, каковым на самом деле является реальное энергопотребление их серверов.

Чтобы информация о подсчете реальной потребляемой мощности стала более доступной для владельцев серверов, мы разработали специальное приложение, благодаря которому можно получить представление о мощности, потребляемой сервером. Фактический расчет реальной потребляемой мощности очень сложен: в нем учитываются многие важные факторы − от эффективности используемого источника, которую можно определить по его технической спецификации, до загруженности отдельных компонентов сервера, что может порой потребовать от администратора умения гадать на хрустальном шаре.

Мы же свой калькулятор очень упростили. После введения необходимых данных наша программа выполнит для вас приблизительный расчет мощности, потребляемой заданной конфигурацией.

Следует подчеркнуть, что приведенная величина является всего лишь ориентировочной. Реальность после введения сервера в эксплуатацию может быть иной, однако основываясь на нашем многолетнем опыте в измерении мощности, потребляемой серверами, и изучении влияния, производимого отдельными компонентами на мощность, нам удалось изготовить очень точный калькулятор потребляемой мощности. Оценка − за вами:


Конечно, существуют исключения, в которых результаты расходятся…


Хотя наш калькулятор не имеет 100 % точности, и не может быть таковым в принципе, несомненно одно: мощность, потребляемая вашим сервером, на самом деле не такая, какую указывает производитель на щитке изделия. Чаще всего величина реальной потребляемой мощности составляет приблизительно 10 % от указанных на щитке данных.

Вам знакомо ощущение, когда в центр обработки данных вы приносите для хостинга новый сервер, о котором вам известно, что в течение года его энергопотребление не превысит показатели лампы накаливания в каптерке с инвентарем для уборки офиса, но тем не менее хозяин ЦОД зачислит его по энергопотреблению в ту же категорию, что и электрообогреватель? В Coolhousing с Вами этого не произойдет!

Как рассчитать мощность электрического котла для дома или квартиры?

Перед покупкой любого отопительного оборудования каждый клиент уточняет основные характеристики устройства и то, как они соответствуют нужным требованиям. Главным таким показателем можно смело назвать мощность электрокотла. Зная ее каждый сразу определит, подходит ли модель для его нужд или нет. Для того, чтобы оперировать хотя бы приблизительными цифрами, нужно заранее их просчитать. Также важно понимать, от каких факторов они зависят.

Подбор мощности в зависимости от квадратуры

Самым простым методом считается расчет нужной мощности электрического котла, основанный на площади помещения, которое планируется обогревать. Так, в зонах, где климат мягкий, необходимо использовать пропорцию 100 Вт на 1 кв. м. В южных или северных регионах показатели могут отличаться на 20 единиц.

Конечно же, такой подход не является правильным. Но чтобы не мерзнуть зимой, лучше купить установку с большими показателями. Как правильно рассчитать мощность электрического котла, имея только площадь? Очень просто. Правда для этого еще необходимо знать удельный коэффициент, чтобы вычислить регион. Для теплых широт он составляет 0,7. Средние используют 1,2. А северные – 2.

Важно! Обязательно нужно помнить, что в случае неправильного определения, будет затрачиваться лишняя электроэнергия. Это может заметно увеличить операционные расходы.

Для вычисления мощности установки, нужно подставить значения в формулу: W=S*K, где

W – вычисляемый параметр оборудования;

S – площадь помещения, которое нужно обогреть;

K – коэффициент.

Подход не является идеальным. Но при этом он берет во внимание реальные климатические условия, которые напрямую влияют на скорость остывания здания.
[adinserter block=»14″]

[adinserter block=»9″][adinserter block=»20″]
Нередко встречаются ситуации, когда хозяин дома или квартиры установил котел большой мощности. И при этом в помещении все равно холодно. Несмотря даже на то, использование какого оборудования предусмотрено – электрического или газового котла.

Первым делом это зависит от невозможности сдерживания энергии внутри сооружения.

Подбор мощности в зависимости от теплопотерь

Итак, уже понятно, что мощность электрического котла выбирается, не только отталкиваясь от имеющейся квадратуры. Так как этот показатель не охватывает ситуацию полностью, за что хозяин дома или квартиры может поплатиться в будущем.

Во время выбора агрегата, необходимо обязательно учитывать теплопотери. Так, например, если здание имеет явные элементы, через которые уходит энергия – установлены панорамные окна, имеются щели в дверях – отапливать такое сооружение будет сложно, независимо от установки. Особенно если используются электрические котлы малой мощности.

Важно понимать, что агрегат должен вырабатывать тепла больше, чем теряет помещение. При этом нужно учитывать, что энергия выходит из дома постоянно, а значит и оборудование будет работать всегда. Это точно недопустимо. Любой нагреватель обязательно должен отдыхать. А потому рассчитывать мощность котла нужно с запасом. Все дело в том, что при постоянной работе установка быстро выйдет из строя. А это довольно неприятно, особенно когда на за окном мороз.

Перед покупкой котла нужно определить теплопотери здания, так как это напрямую будет влиять на потребляемый ресурс, а точнее – на его количество. Понадобится такая информация:

  • материал, из которого сделаны стены и перекрытия;
  • их толщина;
  • площадь окон и число камер.

Все сырье имеет разную теплопроводимость. Ее можно посмотреть в соответствующей таблице:


[adinserter block=»10″][adinserter block=»21″]
Для того, чтобы определить нужные нам цифры, необходимо взять толщину и разделить на коэффициент теплопроводимости того или иного сырья. Для каждого компонента расчет производится отдельно. После этого все цифры нужно сложить.

Затем, как мы узнаем отдельные элементы, берется расчетный общий показатель. Для этого нужно площадь отапливаемого помещения умножить на разницу температур в доме и на улице. Полученный результат делится на общее теплосопротивление. При этом дельта берется для максимальных показателей.

Такой подход позволит вычислить самые точные параметры для оборудования. Поэтому не стоит лишний раз лениться, а пользоваться именно этим методом. Конечно же на него нужно потратить гораздо больше времени, но зато результат будет максимально приближенным к истине.

Подбор мощности в зависимости от теплоносителя

[adinserter block=»13″]

Чтобы правильно выбрать электрический котел, важно также помнить о теплоносителе, с помощью которого и будет проводится отопление. Для вычисления нам нужно знать:

  • его объем;
  • какая именно жидкость;
  • схему разводки.

Стоит отметить, что последний фактор можно назвать незначительным. Тем не менее он все же способен немного поменять общую картину.

А вот первый – объем – важный параметр. Например, вычислив максимально точную мощность, которую должен иметь электрический котел, не был учтен теплоаккумулятор. А такой бак помещает в себе много жидкости – в среднем не менее 300 литров. В результате система будет плохо работать.

Важно! Для нагревания одного литра воды электрический котел тратит 0,001 кВт энергии в час.

Установка поднимает температуру жидкости до установленного пользователем уровня. Для примера возьмем показатель в 40 градусов. Так, в случае первого запуска теплоноситель будет прогрет максимум до отметки в 20 единиц по Цельсию. После достижения поставленной цели электрическая установка отключится с помощью автоматики. Либо внешний датчик сделает это. В первую очередь зависит от «начинки» и модели.

Стоит понимать, что, если в системе вместе с тепловым аккумулятором будет много жидкости и при этом производительность оборудования окажется небольшой – ему придется работать всегда. А это неприемлемо. Обязательно нужно знать, что использование в системе отопления антифриза также создает лишнюю работу агрегату. Ведь такие смеси имеют меньшую теплопроводимость. А это увеличит потребление энергоресурсов и длительность работы, что не является положительным моментом.

При расчете мощности котла обязательно нужно учитывать теплопотери. Кроме того, необходимо уточнить у специалиста, сможет ли та или иная модель справиться с имеющимся количеством теплоносителя. Конечно же, можно все вычисления провести быстро и максимально просто, но тогда во время использования агрегата скорее всего появятся проблемы.

Как рассчитать мощность ИБП для коттеджа?

Чтобы определить мощность ИБП для резервного питания на основе инвертора и аккумуляторных батарей от собственника объекта недвижимости не требуется проведение сложных математических расчетов. Нужно только суммировать мощность потребителей электроэнергии, применить коэффициент, учитывающий пиковую нагрузку приборов с активной мощностью (с электрическими двигателями – насосы, котлы отопления, холодильник, пылесос и пр.), и, оставив некоторый запас на случай одновременного включения всего оборудования, рассчитать мощность. На практике же дело обстоит немного иначе, поскольку приходится учитывать дополнительные факторы.

Коэффициент мощности: что важно о нем знать?

В мощности электрооборудования могут преобладать как емкостные, так и индуктивные компоненты. Индуктивный компонент мощности электрооборудования присутствует в приборах с электрическим двигателем, а это все холодильное оборудование, устройства кондиционирования и вентиляции воздуха, иные конструкции, в которых при пуске возникает пиковая нагрузка, а при работе – переменные значения потребляемой мощности в зависимости от режима этой работы. Иными словами, если оборудование потребляет постоянную мощность электрического тока (компьютеры, телевизоры и пр.), то коэффициент в расчетах стандартно принимается равным единице. А если чаще используется оборудование с электрическими двигателями, которое при пуске потребляет мощность, превышающую номинальную, то коэффициенты применяются иные – взять значение можно по конкретному типу оборудования

Емкость АКБ

Если говорить об аккумуляторных батареях, применяемых в ИБП для дома или коттеджа, то тут важно учитывать следующие факторы:

  • Стандартно емкость АКБ системы рассчитывается по следующей формуле: суммарная  емкость аккумуляторов в Втч (ваттчасах) / средняя арифметическая мощность потребителей, устанавливаемых в резерв.
  • При меньшем времени работы, чем расчетные значения, требуются коэффициенты. Чем меньше время работы мощных потребителей, тем больше ток разряда. Нужно учитывать КПД инвертора системы бесперебойного питания.
  • Нужно учитывать именно расчётную среднюю арифметическую мощность. Например, если погружной насос имеет мощность 2400 Вт и он работает примерно 1 час в сутки, то для него средняя арифметическая мощность резервирования составит 100 Вт.

Сколько времени будет работать ИБП?

Время работы системы резервирования для дома определяется следующими факторами:

  • Мощность нагрузки. Здесь нет линейного расчета, поскольку работа 20 минут пылесоса и 3 часов системы освещения при прочих равных условиях даст разные значения – учитываются коэффициенты для каждого типа приборов.
  • КПД инвертора. Базовый показатель – указывает, насколько эффективно преобразуется накопленный постоянный ток в переменный для питания бытовых потребителей. Также влияет наличие выпрямителя тока, который отвечает за стабилизацию выходного напряжения.
  • Суммарная емкость аккумуляторных батарей. Во-первых, определяемся с типом АКБ – для коттеджа оптимальным будет применение аккумуляторов типа AGM по сроку службы и возможностям по току заряда-разряда. Во-вторых, основное значение имеет способ подключение АКБ в системе: параллельное или последовательное.

Что учесть при расчете и выборе?

Оборудование для систем резервирования электропитания выпускают разные производители, и у каждого различные решения, направленные на конкретные задачи. Прежде всего, стоит понимать, что время автономной работы ИБП напрямую зависит от количества и объема установленных аккумуляторных батарей, но не только от них. Учитывается КПД, мощность инверторной системы, номинальная и пиковая мощность потребителей электрической энергии в коттедже, основное назначение оборудования, его подключение к источникам автономного энергоснабжения (например, солнечным панелям, ветрогенераторам), к используемым аккумуляторам. Поэтому самостоятельный расчет оптимального ИБП только на основе мощности и последующий выбор оборудования – сложная задача, если не консультироваться с профессионалами. Лучше всего при выборе оборудования положиться на специалистов, которые рассчитают и подберут оптимальный вариант системы резервирования.

Что касается мощности в целом, то нужно учитывать её вместе с номинальной емкостью аккумуляторов и заявленным временем работы – это простейший способ подобрать самостоятельно подходящий источник бесперебойного электропитания для вашего коттеджа, если вы хотите сами выбрать резервное электроснабжение для коттеджа.

Как оценить потребность в электроэнергии

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

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

Предпосылки: основы электротехники

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

.

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

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

В = I x R

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

Рисунок 1. Механическое изображение напряжения и тока.

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

P = I x V

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

Справочная информация: напряжение переменного и постоянного тока

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

Рисунок 2. Визуальная разница между постоянным и переменным напряжением.

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

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

Проверка необходимой энергии

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

• Счета за электроэнергию
• Рейтинг оборудования
• Ожидаемые профили нагрузки

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

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

Рисунок 4. Паспортные таблички электронного устройства.

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

Расчет потребления энергии

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

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

240 Втч / 1000 = 0.24 кВтч

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

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

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

Таблица 1. Таблица для расчета среднесуточной энергии.

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

Заключение

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

Автор: Д-р Коллин Шпигель

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

Мощность и энергия | Клуб электроники

Энергетика и энергетика | Клуб электроники

Мощность | Рассчитать | Перегрев | Энергия

Следующая страница: AC, DC и электрические сигналы

См. Также: напряжение и ток

Что такое сила?

Мощность — это коэффициент использования или поставки энергии:

Мощность измеряется в ваттах (Вт)
Энергия измеряется в джоулях (Дж)
Время измеряется в секундах (с)

Электроника в основном связана с малым количеством энергии, поэтому мощность часто измеряется в милливаттах (мВт), 1 мВт = 0. 001W. Например, светодиод потребляет около 40 мВт. а бипер потребляет около 100 мВт, даже лампа, такая как фонарик, потребляет всего около 1 Вт.

Типичная мощность, используемая в электрических цепях сети, намного больше, поэтому эта мощность может быть измеряется в киловаттах (кВт), 1 кВт = 1000 Вт. Например, в обычной сетевой лампе используется 60 Вт, а чайник потребляет около 3 кВт.


Расчет мощности по току и напряжению

Уравнения

Мощность = Ток × Напряжение

Есть три способа написать уравнение для мощности, тока и напряжения:

где:

P = мощность в ваттах (Вт)
V = напряжение в вольтах (В)
I = ток в амперах (A)

или:

P = мощность в милливаттах (мВт)
V = напряжение в вольтах (В)
I = ток в миллиамперах (мА)

Треугольник PIV

Вы можете использовать треугольник PIV, чтобы запомнить эти три уравнения.Используйте его так же, как треугольник закона Ома:

  • Чтобы вычислить мощность , P : поместите палец на P, это оставляет I V, поэтому уравнение P = I × V
  • Чтобы рассчитать ток , I : положите палец на I, это оставляет P над V, поэтому уравнение I = P / V
  • Для расчета напряжения, В : поместите палец над V, это оставляет P над I, поэтому уравнение V = P / I

Усилитель довольно большой для электроники, поэтому мы часто измеряем ток в миллиамперах (мА), а мощность в милливаттах (мВт).

1 мА = 0,001 А и 1 мВт = 0,001 Вт.


Расчет мощности с использованием сопротивления

Уравнения

Используя закон Ома V = I × R

мы можем преобразовать P = I × V в:

где:

P = мощность в ваттах (Вт)
I = ток в амперах (A)
R = сопротивление в Ом ()
В = напряжение в вольтах (В)

Треугольники

Для решения этих уравнений также можно использовать треугольники:



Потраченная впустую мощность и перегрев

Обычно используется электроэнергия, например, зажигание лампы или двигателя. Однако электрическая энергия преобразуется в тепло всякий раз, когда ток проходит через сопротивление, и это может быть проблемой, если оно вызывает перегрев устройства или провода. В электроники эффект обычно незначителен, но если сопротивление низкое (провод или резистора номинального значения, например) ток может быть достаточно большим, чтобы вызвать проблему.

Из уравнения P = I² × R видно, что для данного сопротивление мощность зависит от тока в квадрате , поэтому удвоение тока даст в 4 раза большую мощность.

Резисторы рассчитаны на максимальную мощность, которую они могут развить в них без повреждений, но номинальная мощность редко указывается в списках деталей, потому что подходят стандартные значения 0,25 Вт или 0,5 Вт. для большинства схем. Дополнительная информация доступна на странице резисторов.

Провода и кабели рассчитаны на максимальный ток, который они могут пропускать без перегрева. У них очень низкое сопротивление, поэтому максимальный ток относительно велик. Для получения дополнительной информации о текущий рейтинг см. на странице кабелей.


Энергия

Количество потребляемой (или подаваемой) энергии зависит от мощности и времени, в течение которого она используется:

Устройство малой мощности, работающее в течение длительного времени, может потреблять больше энергии, чем устройство высокой мощности работает непродолжительное время.

Например:
  • Лампа мощностью 60 Вт, включенная на 8 часов, потребляет 60 Вт × 8 × 3600 с = 1728 кДж.
  • Чайник мощностью 3 кВт, включенный на 5 минут, потребляет 3000 Вт × 5 × 60 с = 900 кДж.

Стандартной единицей измерения энергии является джоуль (Дж), но 1Дж — очень небольшое количество энергии для электросети. поэтому в научной работе иногда используются килоджоуль (кДж) или мегаджоуль (МДж).

Дома мы измеряем электрическую энергию в киловатт-часах (кВтч), которые часто называют просто «единицей». электричества, когда контекст ясен. 1 кВт · ч — это энергия, потребляемая электроприбором мощностью 1 кВт при включении на 1 час:

Например:
  • Лампа мощностью 60 Вт, включенная на 8 часов, потребляет 0,06 кВт × 8 = 0,48 кВт · ч.
  • Чайник мощностью 3 кВт, включенный на 5 минут, потребляет 3 кВт × 5 / 60 = 0,25 кВтч.

Возможно, вам потребуется преобразовать бытовую единицу кВтч в научную единицу энергии, джоуль (Дж):

1 кВтч = 1 кВт × 1 час = 1000 Вт × 3600 с = 3.6MJ


Следующая страница: Сигналы постоянного и переменного тока | Исследование


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация.Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google. Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

Электроэнергия и энергия | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
  • Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Мощность ассоциируется у многих с электричеством. Зная, что мощность — это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередачи. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт.(См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одинакового напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет более высокое сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Дикбаух, Wikimedia Commons; Грег Вестфол, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но с входной мощностью от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — это перемещенный заряд, а V, — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex]. {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = В 2 / R означает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше передаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = V 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность

(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = V 2 / R , чтобы найти мощность.

Решение для (a)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2. {2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются типичными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I 2 R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток будет быстро снижаться до этого значения по мере увеличения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) спроектированы так, чтобы выдерживать очень высокие токи на короткое время при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей с замедленным срабатыванием.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

— это энергия, используемая устройством, использующим мощность P для временного интервала t . Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они включены, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электричество является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 6 Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рис. 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными вложениями в КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (представляющие собой группу небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах. Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева от источника питания зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но на четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (a)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60.0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

Стоимость

= (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL потребляет только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты будут составлять 1/10 стоимости лампы за этот период использования или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже если начальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Выполнение подключений: эксперимент на вынос — инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате.Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, тогда используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были включены с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

  • Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна P = V 2 / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Тем не менее, эта мощность также определяется соотношением P = I 2 R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ при токе 2,00 × 10 4 A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт проходит через него фонарик с 6,00 × 10 2 за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую каждым из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы 1V 2 / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V 2 / R .

8. Покажите, что единицы 1 A 2 Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I 2 R .

9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 6 Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт за 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, если общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ по рентабельности.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему 6,00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток протекает через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените ежегодные затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на любые эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 2 A.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%. а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какую массу древесного сока можно было бы поднять с 18ºC до точки кипения, а затем испарить за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 2 алюминия от 20 ° C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру на 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем кипятить 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 3 А при 250 кВ. а) Какова выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рисунок 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии двигателем, какой ток должны обеспечивать аккумуляторные батареи на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин при постоянной 25. Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, при условии эффективности 95,0% и постоянной мощности? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, использующий 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 2 -граммовых алюминиевых стаканов, содержащих 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт kWч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 480 В? (b) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют коэффициент 1.00 — сопротивление Ом? (c) Что неразумного в этом результате? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое вызовет потерю мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создай свою задачу Рассмотрим электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумный промежуток времени. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые необходимо учитывать, — это используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкость, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будут достигнуты опасные температуры.

Глоссарий

электрическая мощность:
— скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2,00 × 10 12 Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11. 438 $ / год

13. $ 6.25

15. 1.58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21. (а) 2,00 × 10 9 Дж (б) 769 кг

23. 45.0 с

25. (а) 343 A (б) 2,17 × 10 3 A (в) 1,10 × 10 3 A

27. (а) 1,23 × 10 3 кг (б) 2,64 × 10 3 кг

29. (a) 2,08 × 10 5 A
(b) 4,33 × 10 4 МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В неоправданно низкое для напряжения передачи. В линиях передачи на большие расстояния поддерживается гораздо более высокое напряжение (часто сотни киловольт), чтобы уменьшить потери мощности.

Уравнение электрической энергии

Количество электроэнергии, потребляемой электрической энергией, можно легко рассчитать, а также можно рассчитать стоимость электроэнергии, используемой для конкретного устройства

Расчет электроэнергии

Количество электроэнергии, передаваемой прибору, зависит от его мощности и продолжительности включения.Количество переданной электрической энергии от сети измеряется в киловатт-часах, кВтч. Одна единица — 1 кВтч.

Формула электрической энергии

E = P × t

  • E — переданная энергия в киловатт-часах, кВтч
  • P — мощность в киловаттах, кВт
  • T — время в часах, ч.

Обратите внимание, что мощность здесь измеряется в киловаттах, а не в обычных ваттах. Чтобы преобразовать Вт в кВт, необходимо разделить на 1000.

Например, 1000 Вт = 1000 ÷ 1000 = 1 кВт.

Также обратите внимание, что здесь время измеряется в часах, а не в секундах. Чтобы перевести секунды в часы, нужно разделить на 3600.

Например, 7200 с = 7200 ÷ 3600 = 2 часа.

Закон Ома

Самым важным описанием электрической энергии является закон Ома. В нем говорится, что

«При постоянной температуре ток через проводник прямо пропорционален разности потенциалов в точках»

т.е.V α I

А также можно записать как V = IR

Где R — сопротивление проводника

Формула для расчета мощности от электрической энергии

Формула, связывающая энергию и мощность:

Энергия = Мощность x Время.

Единица измерения энергии — джоуль, единица мощности — ватт, единица времени — секунда.

Если мы знаем мощность прибора в ваттах и ​​сколько секунд оно используется, мы можем вычислить количество джоулей электрической энергии, которые были преобразованы в другую форму вылета.

Например, Если лампу на 40 ватт включить на один час, сколько джоулей электрической энергии было преобразовано лампой?

Энергия (Вт) = Мощность x Время

Энергия = 40 x 3600

= 14 400 джоулей

Примеры использования электроэнергии

Вычислите количество тепла, выделяемого электрическим утюгом с сопротивлением 30 Ом и потребляющим ток 3 ампера при включении в течение 15 секунд.

Энергия = Мощность x Время

Мощность = I2R

= 32 * 30

= 270 Вт

Энергия = Мощность x Время

= 270 х 15

= 4050 джоулей

Важные факты, касающиеся уравнений электрической энергии

  • Мы платим за энергию (не за заряд, ток или напряжение).
  • Электроэнергетические компании используют внесистемную единицу, кВтч, для расчета наших счетов.

Что нужно запомнить

Электрическая энергия определяется как общая выполненная работа или энергия, поставленная источником ЭДС. в поддержании тока в электрической цепи в течение заданного времени:
Электрическая энергия = электрическая мощность × время = P × t.

Таким образом, формула для электрической энергии имеет вид:

Электрическая энергия = P × t = V × I × t = I2 × R × t = V2t / R.

  • S.I единицей электрической энергии является джоуль (обозначается Дж), где 1 джоуль = 1 ватт × 1 секунда = 1 вольт × 1 ампер × 1 секунда.
  • Коммерческой единицей электроэнергии является киловатт-час (кВтч), где 1 кВтч = 1000 Втч = 3,6 × 106Дж = одна единица потребляемой электроэнергии.
  • Количество единиц потребляемой электроэнергии равно n = (общая мощность × время в часе) / 1000.
  • Стоимость потребления электроэнергии в доме = нет. единиц потребляемой электрической энергии × количество на единицу электрической энергии.

Электроэнергия прочие

Учебное пособие по физике: новый взгляд на электрическую энергию

В предыдущем разделе Урока 3 подробно описывалась зависимость тока от разности электрических потенциалов и сопротивления. Ток в электрическом устройстве прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к устройству, и обратно пропорционален сопротивлению устройства. Если это так, то скорость, с которой это устройство преобразует электрическую энергию в другие формы, также зависит от тока, разности электрических потенциалов и сопротивления.В этом разделе Урока 3 мы вернемся к концепции мощности и разработаем новые уравнения, которые выражают мощность через ток, разность электрических потенциалов и сопротивление.

Новые уравнения мощности

В Уроке 2 было введено понятие электроэнергии. Электрическая мощность была определена как скорость, с которой электрическая энергия подается в цепь или потребляется нагрузкой. Уравнение для расчета мощности, подаваемой в цепь или потребляемой нагрузкой, было получено равным

.

P = ΔV • I

(Уравнение 1)

Две величины, от которых зависит мощность, связаны с сопротивлением нагрузки по закону Ома.Разность электрических потенциалов ( ΔV ) и ток ( I ) могут быть выражены в терминах их зависимости от сопротивления, как показано в следующих уравнениях.

ΔV = (I • R) I = ΔV / R

Если выражения для разности электрических потенциалов и тока подставить в уравнение мощности, можно вывести два новых уравнения, которые связывают мощность с током и сопротивлением, а также с разностью электрических потенциалов и сопротивлением.Эти выводы показаны ниже.

Уравнение 2:

P = ΔV • I

P = (I • R) • I

P = I 2 • R

Уравнение 3:

P = ΔV • I

P = ΔV • (ΔV / R)

P = ΔV 2 / R

Теперь у нас есть три уравнения для электрической мощности, два из которых получены из первого с использованием уравнения закона Ома.Эти уравнения часто используются в задачах, связанных с вычислением мощности на основе известных значений разности электрических потенциалов (ΔV), тока (I) и сопротивления (R). Уравнение 2 связывает скорость, с которой электрическое устройство потребляет энергию, с током в устройстве и сопротивлением устройства. Обратите внимание на двойную важность тока в уравнении, обозначенную квадратом тока. Уравнение 2 можно использовать для расчета мощности при условии, что известны сопротивление и ток.Если одно из них неизвестно, то необходимо будет либо использовать одно из двух других уравнений для расчета мощности, либо использовать уравнение закона Ома для расчета количества, необходимого для использования уравнения 2.

Уравнение 3 связывает скорость, с которой электрическое устройство потребляет энергию, с падением напряжения на устройстве и сопротивлением устройства. Обратите внимание на двойную важность падения напряжения, обозначенную квадратом ΔV. Уравнение 3 можно использовать для расчета мощности при условии, что известны сопротивление и падение напряжения.Если одно из них неизвестно, важно либо использовать одно из двух других уравнений для расчета мощности, либо использовать уравнение закона Ома для расчета количества, необходимого для использования уравнения 3.

Концепции на первом месте

Хотя эти три уравнения предоставляют удобные формулы для вычисления неизвестных величин в физических задачах, нужно быть осторожным, чтобы не использовать их неправильно, игнорируя концептуальные принципы, касающиеся схем.Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что вам задали такой вопрос: если бы 60-ваттную лампу в бытовой лампе заменить на 120-ваттную лампу, то во сколько раз ток в цепи этой лампы был бы больше? Используя уравнение 2, можно предположить (ошибочно), что удвоение мощности означает, что количество I 2 должно быть удвоено. Таким образом, ток должен увеличиться в 1,41 раза (квадратный корень из 2). Это пример неправильного рассуждения, поскольку он удаляет математическую формулу из контекста электрических цепей.Принципиальное различие между лампочкой на 60 Вт и лампой на 120 Вт заключается не в токе в лампе, а в ее сопротивлении. У этих двух лампочек разные сопротивления; разница в токе — это просто следствие этой разницы в сопротивлении. Если лампы находятся в патроне лампы, который подключен к розетке в США, то можно быть уверенным, что разность электрических потенциалов составляет около 120 вольт. ΔV будет одинаковым для каждой лампы.Лампа мощностью 120 Вт имеет меньшее сопротивление; и, используя закон Ома, можно было бы ожидать, что он также имеет более высокий ток. Фактически, 120-ваттная лампа будет иметь ток 1 А и сопротивление 120 Ом; 60-ваттная лампа будет иметь ток 0,5 А и сопротивление 240 Ом.

Расчеты для 120-ваттной лампы

P = ΔV • I

I = P / ΔV

I = (120 Вт) / (120 В)

I = 1 А

ΔV = I • R

R = ΔV / I

R = (120 В) / (1 А)

R = 120 Ом

Расчеты для 60-ваттной лампы

P = ΔV • I

I = P / ΔV

I = (60 Вт) / (120 В)

I = 0.5 ампер

ΔV = I • R

R = ΔV / I

R = (120 В) / (0,5 А)

R = 240 Ом

Теперь, правильно используя уравнение 2, можно понять, почему удвоенная мощность означает, что будет удвоенный ток, поскольку сопротивление также изменяется при замене лампочки. Расчет тока ниже дает тот же результат, что и выше.

Расчеты для 120-ваттной лампы

P = I 2 • R

I 2 = P / R

I 2 = (120 Вт) / (120 Ом)

I 2 = 1 Вт / Ом

I = SQRT (1 Вт / Ом)

I = 1 А

Расчеты для 60-ваттной лампы

P = I 2 • R

I 2 = P / R

I 2 = (60 Вт) / (240 Ом)

Я 2 = 0.25 Вт / Ом

I = SQRT (0,25 Вт / Ом)

I = 0,5 А


Проверьте свое понимание


1. Что будет толще (шире) — нить накала 60-ваттной лампочки или 100-ваттная? Объяснять.

2.Вычислите сопротивление и силу тока ночной лампочки 7,5 Вт, подключенной к розетке в США (120 В).

3. Рассчитайте сопротивление и силу тока электрического фена мощностью 1500 Вт, подключенного к домашней розетке в США (120 В).

4. Коробка на настольной пиле показывает, что сила тока при запуске составляет 15 ампер. Определите сопротивление и мощность двигателя за это время.

5. На наклейке на проигрывателе компакт-дисков написано, что он потребляет ток 288 мА при питании от 9-вольтовой батареи. Какая мощность (в ваттах) у проигрывателя компакт-дисков?

6. Тостер на 541 Вт подключается к бытовой розетке на 120 В. Какое сопротивление (в Ом) тостера?

7.Цветной телевизор имеет ток 1,99 А при подключении к 120-вольтовой электросети. Какое сопротивление (в Ом) у телевизора? А какая мощность (в ваттах) у телевизора?

Измерение электроэнергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Электроэнергия измеряется в ваттах и ​​киловаттах

Электричество измеряется в единицах мощности, называемых ваттами, в честь Джеймса Ватта, изобретателя паровой машины.Ватт — это единица измерения электрической мощности, равная одному амперу при давлении в один вольт.

Один ватт — это небольшая мощность. Некоторым устройствам для работы требуется всего несколько ватт, а другим устройствам требуется большее количество. Энергопотребление небольших устройств обычно измеряется в ваттах, а потребляемая мощность более крупных устройств — в киловаттах (кВт) или 1000 Вт.

Мощность производства электроэнергии часто измеряется в единицах, кратных киловаттам, например мегаваттам (МВт) и гигаваттам (ГВт).Один МВт равен 1000 кВт (или 1000000 Вт), а один ГВт равен 1000 МВт (или 1000000000 Вт).

Использование электроэнергии с течением времени измеряется в ватт-часах

Ватт-час (Втч) равен энергии одного ватта, постоянно подаваемой в электрическую цепь или отбираемой из нее в течение одного часа. Количество электроэнергии, производимой электростанцией или потребляемой потребителем электроэнергии, обычно измеряется в киловатт-часах (кВтч). Один кВтч — это один киловатт, который вырабатывается или потребляется в течение одного часа.Например, если вы используете лампочку мощностью 40 Вт (0,04 кВт) в течение пяти часов, вы израсходовали 200 Втч или 0,2 кВтч электроэнергии.

Коммунальные предприятия измеряют и контролируют потребление электроэнергии с помощью счетчиков

Электроэнергетические компании измеряют потребление электроэнергии своими потребителями с помощью счетчиков, которые обычно устанавливаются за пределами собственности потребителя, где линия электропередачи входит в собственность. Раньше все счетчики электроэнергии были механическими устройствами, которые служащему коммунального предприятия приходилось снимать вручную.Со временем стали доступны автоматизированные считывающие устройства. Эти счетчики периодически сообщают коммунальным предприятиям об использовании электроэнергии механическими счетчиками с электронным сигналом. В настоящее время многие коммунальные предприятия используют электронные интеллектуальные счетчики , которые обеспечивают беспроводной доступ к данным об энергопотреблении счетчика для измерения потребления электроэнергии в режиме реального времени. Некоторые интеллектуальные счетчики могут даже измерять потребление электроэнергии отдельными устройствами и позволяют коммунальному предприятию или клиенту удаленно контролировать использование электроэнергии.

Счетчик электроэнергии механический

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Умный счетчик электроэнергии

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последнее обновление: 8 января 2020 г.

Мощность и энергия | Электрические схемы

Начнем с расчета эквивалентного сопротивления резисторов.{2}} {\ text {9,8}} \\ & = \ текст {3,67} \ текст {Ω} \ end {выровнять *}

Теперь мы можем найти неизвестное сопротивление, сначала вычислив эквивалентное параллельное сопротивление:

\ begin {align *} \ frac {1} {R_ {p}} & = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} + \ frac {1} {R_ {3}} \\ & = \ frac {1} {1} + \ frac {1} {5} + \ frac {1} {3} \\ & = \ frac {23} {15} \\ R_ {p} & = \ text {0,65} \ text {Ω} \ end {выровнять *} \ begin {align *} R_ {s} & = R_ {4} + R_ {p} \\ R_ {4} & = R_ {s} — R_ {p} \\ & = \ text {3,67} — \ text {0,65} \\ & = \ текст {3,02} \ текст {Ω} \ end {выровнять *}

Теперь мы можем рассчитать общий ток:

\ begin {align *} I & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {6} {\ text {3,67}} \\ & = \ текст {1,63} \ текст {А} \ end {выровнять *}

Это ток в последовательном резисторе и во всем параллельном соединении.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *