Как определяется единица мощности электрического тока 1вт 1в 1а

Как определяется единица мощности электрического тока 1вт 1в 1а

Мощность электрического тока

Обычно электрический ток сравнивают с течением жид­кости по трубке, а напряжение или разность потенциалов — с разностью уровней жидкости.

В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет с собой определенное количество энергии. В усло­виях свободного падения эта энергия растрачивается беспо­лезно для человека. Если же направить падающий поток во­ды на лопасти турбины, то последняя начнет вращаться и сможет производить полезную работу.

Работа, производимая потоком воды в течение определен­ного промежутка времени, например, в течение одной секун­ды, будет тем больше, чем с большей высоты падает поток и чем больше масса падающей воды.

Точно так же и электрический ток, протекая по цепи от высшего потенциала к низшему, совершает работу. В каждую данную секунду времени будет совершаться тем больше рабо­ты, чем больше разность потенциалов и чем большее количе­ство электричества ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи.

Мощность электрического тока это количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы.

Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (на­пряжению) и силе тока в цепи.

Для измерения мощности электрического тока принята еди­ница, называемая ватт (Вт).

Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В.

Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нуж­но силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах.

Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы

P = I*U. (1)

Воспользуемся этой формулой для решения числового при­мера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА

Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы:

Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт.

Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно.

В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотноше­нием из закона Ома:

U=IR

и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U.

Тогда формула (1) примет вид:

P = I*U =I*IR

Р = I 2 *R. (2)

Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем:

P= I 2 *R = (0,5) 2 *5 =0,25*5 = 1,25 Вт.

Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том слу­чае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:

Р = I*U=U 2 /R (3)

Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопро­тивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна:

Р = U 2 /R=(2,5) 2 /5=1,25 Вт

Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома.

Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды.

P = A/t

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ

Единица измерения работы измеряется в джоулях, а единица измерения мощности это ватт (обозначение вт), равный мощности генератора, ежесекундно производящего 1 джоуль электрической энергии,
1вт = 1дж / 1 сек

Преобразуя это выражение, находим:
1 дж =1 вт • 1 сек
откуда следует, что джоуль и ватт-секунда представляют собой одну и ту же единицу работы. С другой стороны,
1 дж = 1 в • 1 к,
откуда
1 вт = 1 в • 1 к / 1 сек = 1 в • 1 а.
т.е. 1 вт есть мощность электрического тока в 1 а при напряжении в 1 в.

Более крупными единицами измерения мощности являются:
1 гектоватт = 1 гвт = 10 -2 вт, 1 киловатт = 1 квт = 10 -3 вт.

Более крупными единицами электрической энергии являются:
1 ватт•час = 1 вт • ч = 3,6 • 10 -3 вт • сек, 1 гектоватт • час = 1 гвт • ч = 3,6 • 10 -5 вт • сек, 1 киловатт • час = 1 квт • ч = 3,6 •10 -6 вт • сек.

Выбор единиц зависит от величины измеряемой мощности. Так, например, мощность электрических ламп измеряется обыкновенно в ваттах, мощность электродвигателей — в киловаттах, а мощность крупных станций — в тысячах киловатт.

Электрическая энергия, расходуемая в мелких установках на освещение и нагревательные приборы, подсчитывается обыкновенно в гектоватт-часах; энергия, потребляемая заводами и фабриками, — в киловатт-часах. В практике, кроме единиц практической системы МКСА, встречаются иные единицы тех же величин. Ниже приведены соотношения между некоторыми единицами основных величин в различных системах единиц.

Известно, что:
1 кГ • м = 9,81 дж = 9,81 вт • сек:
1 дж = 1/9,81 кГ • м = 0,102 кГ • м;
1 кГ • м/сек = 9,81 дж/сек = 9,81 вт.

Есть еще и такая единица мощности, как лошадиная сила. Тогда,
1 лошадиная сила (л. с.) = 75 кГ • м/сек = 736 вт = 0,736 квт;
1 квт = 1 / 0,736 л. с. = 1,36 л. с.

Далее, так как:
1 калория (кал) = 0,427 кГ • м,
то
1 дж = 0,102 / 0,427 кал = 0,24 кал.

Пример 1. Нагревательный прибор, включенный в сеть с напряжением 220 в потребляет ток 5 а. Определить мощность прибора, и расход энергии в течение 3 час.

Р = UI = 120 • 5 = 600 вт.
Энергия, израсходованная прибором в течение 3 час.,
W = Р • t = 600 • 3 = 1800 = 1,8 квт•ч.

Пример 2. Мощность двигателя, включенного в сеть с напряжением 220 в составляет 11 квт. Определить ток двигателя.
Так как
Р = UI,
то
I = P / U = 11000 / 220 = 50 а.

Рекомендуем прочитать:

1. Генератор для дачи
2. Как выбрать генератор для дома или дачи
3. Как пользоваться мультиметром DT
4. Как выбрать правильную настольную лампу для работы

2. Работа и мощность тока

При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.

При прохождении заряда \(q\) по участку цепи электрическое поле будет совершать работу: \(A=q\cdot U\), где \(U\) — напряжение электрического поля, \(A\) — работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению заряда \(q\) из одной точки в другую.

Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок. Рис. \(1\). Зависимость между работой, напряжением и зарядом

Количество заряда, прошедшее по участку цепи, пропорционально силе тока и времени прохождения заряда: q = I ⋅ t .

Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна напряжению на её концах и количеству заряда, проходящего по этому участку: A = U ⋅ q .

Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна силе тока, времени прохождения заряда и напряжению на концах участка цепи: A = U ⋅ I ⋅ t .

Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.

Рис. \(2\). Зависимость между работой, силой тока и временем прохождения заряда Единицы измерения величин: работа электрического тока \([A]=1\) Дж; напряжение на участке цепи \([U]=1\) В; сила тока, проходящего по участку \([I]=1\) А; время прохождения заряда (тока) \([t]=1\) с.

Для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.

Рис. \(3\). Схема и часы для измерения I = 1 , 2 А U = 5 В t = 1 , 5 мин = 90 с А = U ⋅ I ⋅ t = 5 ⋅ 1 , 2 ⋅ 90 = 540 Дж Обрати внимание! Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.

 

\(1\) кДж = 1000 Дж или \(1\) Дж = \(0,001\) кДж;
\(1\) МДж = 1000000 Дж или \(1\) Дж = \(0,000001\) МДж.

 

Для потребителей электрической энергии существуют приборы, позволяющие в пределах ошибки измерения получать числовые данные о ее расходе в единицу времени.

Рис. \(4\). Электросчетчик

Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени: N = А t . Чтобы найти мощность электрического тока, надо поступить точно также, т.е. работу тока, A = U ⋅ I ⋅ t , разделить на время.

Мощность электрического тока обозначают буквой \(Р\): P = A t = U ⋅ I ⋅ t t = U ⋅ I . Таким образом: Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока: P = U ⋅ I .

Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.

Рис. \(5\). Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока За единицу мощности принят ватт: \(1\) Вт = \(1\) Дж/с. Из формулы P = U ⋅ I следует, что
\(1\) ватт = \(1\) вольт ∙ \(1\) ампер, или \(1\) Вт = \(1\) В ∙ А. Обрати внимание!

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
\(1\) гВт = \(100\) Вт или \(1\) Вт = \(0,01\) гВт;
\(1\) кВт = \(1000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,001\) кВт;
\(1\) МВт = \(1 000 000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,000001\) МВт.

Измерим силу тока в цепи с помощью амперметра, а напряжение на участке — с помощью вольтметра. Рис. \(6\). Схема

Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:

I = 1 , 2 А U = 5 В P = U ⋅ I = 5 ⋅ 1 , 2 = 6 Вт .

Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.

В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения. Аналоговый ваттметр Аналоговый ваттметр Аналоговый ваттметр Цифровой ваттметр

Рис. \(7\). Приборы для измерения

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

Рис. \(8\). Лампы различной мощности в цепи

Сила тока в лампочке мощностью \(25\) ватт будет составлять \(0,1\) А. Лампочка мощностью \(100\) ватт потребляет ток в четыре раза больше — \(0,4\) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно \(220\) В. Легко можно заметить, что лампочка в \(100\) ватт светится гораздо ярче, чем \(25\)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в \(4\) раза больше, потребляет в \(4\) раза больше тока. Значит:

Обрати внимание! Мощность прямо пропорциональна силе тока.

Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение \(110\) В и \(220\) В.

Рис. \(8\). Лампа, подключенная к источнику тока с различным напряжением

Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:

Обрати внимание! Мощность зависит от напряжения. Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:

I = 0 , 2 А U = 110 В P = U ⋅ I = 110 ⋅ 0 , 2 = 22 Вт

I = 0,4 А U = 220 В P = U ⋅ I = 220 ⋅ 0,4 = 88 Вт .

Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в \(2\) раза мощность увеличивается в \(4\) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).