Что такое мощность тока
Возможно, одной из наиболее известных в быту физических величин является мощность электрического тока. Производная от ее единицы измерения — киловатт-час фигурирует в расчетах потребления электроэнергии при оплате услуг ЖКХ. На любом бытовом электроприборе всегда указывается его мощность. Но что такое мощность электрического тока, зачастую не всякий точно знает.
Общие положения
Мощность в физике обозначает скорость произведения работы — механического, теплового, светового, электромагнитного или какого-либо другого рода. Говоря иными словами, мощность характеризует, насколько быстро передается или преобразуется та или иная энергия, в данном случае электрическая. Этот параметр обозначается символом латинского алфавита P.
Единица измерения мощности в Международной системе (вне зависимости от природы энергии) получила название Ватт в честь шотландского инженера-механика Джеймса Уатта. Он считается «отцом» лошадиной силы — первой единицы измерения мощности, которой до сих пор пользуются для описания характеристики двигателей машин.
Определение мощности с помощью формул
Электрический ток бывает постоянным и переменным, поэтому для каждого вида используются свои методы, если возникает необходимость рассчитать мощность. В школьном курсе физики не рассматриваются формулы для переменного тока, поскольку они оперируют в области интегрального исчисления, изучаемого в высших учебных заведениях. В частном случае и для переменного, и для постоянного тока справедливой является формула мгновенной электрической мощности на участке цепи.
Физический смысл данного выражения состоит в том, что на рассматриваемом участке цепи берется напряжение (отношение работы A к величине заряда q) и сила тока (величина заряда q, переносимого за единицу времени t в электрической цепи), но в определенный, бесконечно малый промежуток времени. Поэтому если ток переменный, показатели его изменятся настолько мало, что этим можно пренебречь. Это называется мгновенным напряжением u(t) или U, и мгновенной силой тока i(t) или I. Тогда найти мощность можно с помощью такой формулы:
Для переменного тока это даёт лишь выражение характеристики в моменте, что не всегда практически необходимо. При работе с цепями постоянного тока данная формула полностью позволяет рассчитывать мощность и может быть модифицирована, если на участке цепи соблюдается закон Ома.
Так как по выражению закона Ома сила тока I равна частному от деления напряжения U на сопротивление R, то после подстановки в уравнение мощности и путем простого сокращения можно получить формулу, согласно которой мощность в цепи постоянного тока равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление.
Мощность также можно выразить через силу тока.
При вычислении мощности в цепи переменного тока вводится дополнительный параметр, получивший название коэффициента мощности.
Когда в цепь встроена часть с ЭДС (любой сторонней силой, кроме кулоновской, действующей на электрические заряды), то она способна поглощать общую мощность тока системы или отдавать ее в зависимости от того, генерирует ли она электричество или потребляет его (питающий аккумулятор или электрический мотор). Тогда получаемая или отдаваемая электрическая мощность определяется по формуле:
Здесь греческая буква ε (эпсилон) обозначает ЭДС. Эта характеристика измеряется в вольтах и в бытовом смысле идентична напряжению. R — это внешнее сопротивление, а r — это внутреннее сопротивление источника ЭДС.
Средства измерения
В электротехнике широко используются такие измерительные приборы как ваттметры и варметры. Последние являют собой тот же ваттметр, но несколько модифицированный, чтобы воспринимать компоненту переменного тока — реактивную мощность.
Современные приборы обычно совмещают в себе возможности ваттметров и варметров. Измеряется мощность просто: два датчика в конструкции прибора подключаются один последовательно, а второй параллельно исследуемой нагрузке. В аналоговом приборе они взаимодействуют между собой с помощью магнитных полей. На основе этого взаимодействия происходит отклонение стрелки на табло, позволяющее понять, чему равна мощность, которая измерялась в конкретном случае. В цифровом ваттметре все поступающие данные компилирует процессор и выводит на цифровой экран.
Мощность
Понятие мощности школьники изучают на уроках физики в 7 классе. С этим понятием мы часто сталкиваемся в жизни, когда говорим про мощность бытовых приборов или автомобилей. Давайте разберемся, что такое мощность в физике и в механике, какой буквой она обозначается и в чем измеряется.
15 сентября 2021
· Обновлено 23 июня 2023
Определение мощности
Допустим, нам необходимо убрать урожай пшеницы с поля площадью 100 га. Это можно сделать вручную или с помощью комбайна. Очевидно, что пока человек обработает 1 га площади, комбайн успеет сделать намного больше. В данном случае разница между человеком и техникой — именно то, что называют мощностью. Отсюда вытекает первое определение.
Мощность в физике — это количество работы, которая совершается за единицу времени.
Рассмотрим другой пример: между точкой А и точкой Б расстояние 15 км, которое человек проходит за 3 часа, а автомобиль может проехать всего за 10 минут. Понятно, что одно и то же количество работы они сделают за разное время. Что показывает мощность в данном случае? Как быстро или с какой скоростью выполняется некая работа.
В электромеханике эта величина имеет еще одно определение.
Мощность — это скалярная физическая величина, которая характеризует мгновенную скорость передачи энергии от системы к системе или скорость преобразования, изменения, потребления энергии.
Напомним, что скалярными величинами называются те, значение которых выражается только числом (без вектора направления).
Мощность человека в зависимости от деятельности
Вид деятельности
Мощность, Вт
Бег со скоростью 9 км/ч
Плавание со скоростью 50 м/мин
Как обозначается мощность: единицы измерения
В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.
Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.
В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.
Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.
В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.
Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.
Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. ��
§56. Мощность. Единицы мощности — Касьянов, Дмитриева, 7 класс.
3.Единица мощности называется Ватт (Вт) в честь английского учёного Уатта.
4.В каких случаях вводят понятие средней мощности – Nср?
Когда механизм может работать непостоянно
5.Чему равна средняя мощность сердца спортсмена во время соревнований, если при одном ударе оно совершает работу 16 Дж, а ежеминутно делает 240 ударов?
6.Человек, поднимаясь по лестнице в течение 40 с, совершил работу 2000 Дж. Какую мощность развил человек?
7.Внесите в таблицу данные.
8.Переведите:
0,5 МВт = 500 кВт = 500 000 Вт.
9.Чтобы вычислить работу, необходимо мощность
Умножить на время
10. Первый морской пароход построен в России в 1915 г. Мощность его паровой машины была 10 кВт. Вычислите работу, совершаемую машиной в течение часа, и выразите её в джоулях.
11.Средняя мощность движения ракеты-носителя космического корабля «Энергия» N = 125 МВт. Какую работу совершает двигатель за 40 секунд полёта космического корабля?
12. За какое время t башенный кран мощностью N = 30 кВт может поднять груз массой m = 5 т на высоту h = 14 м?
1.Подъёмник мощностью 30 кВт поднимает груз на высоту 20 м за 10 с. Тот же груз на высоту 30 м подъёмник сможет поднять
2) за 15 с
Вдвое больший груз на высоту 30 м подъёмник сможет поднять
3) за 30 с
2.Двигатель мощностью 20 кВт поднимает лифт на 12-й этаж за 20 с. При мощности двигателя 50 кВт время подъёма лифта на 12-й этаж составит
1) 8 с
3.Река Замбези в Центральной Африке снабжает водопад Виктория (высота падения воды около 100 м) ежеминутно 90 млн л воды. Мощность водопада Виктория
1)90 МВт
4.Двигатель мощностью 50 кВт поднимает груз массой 100 кг на высоту 25 м
5)нет правильного ответа
5.Вентиляторный ремень автомобиля, движущийся со скоростью 40 м/мин, натянут с силой 30 Н. Мощность, передаваемая ремнём, равна
4) 1200 Вт
6.При вдыхании человеком 1 л кислорода в организме (в результате взаимодействия кислорода с белками, жирами и углеводами) выделяется энергия 20 кДж. Для нормального функционирования организма человеку массой 70 кг требуется (даже во время сна) приток мощности 80 Вт. Его обеспечит следующий объём вдыхаемого в секунду кислорода:
1)4 л
Как рассчитать мощность?
Вопрос, как рассчитать мощность, не так уж прост, когда речь дет о расчете электрической мощности. Дело в том, что мощность одного и того же электрического устройства может быть разной в разные моменты времени. Кроме того, при расчете мощности нужно учитывать, что мощность может быть активной (затраты энергии на сопротивление) и реактивной (затраты энергии на создание электромагнитных полей). Кроме того, различаются расчеты мощности для постоянного и переменного электрического тока.
Однако обычно вопрос о расчете мощности касается суммарной мощности бытовых электроприборов, включенных в сеть.
Здесь все проще: достаточно сложить мощности каждого электроприбора, чтобы получить суммарную мощность всех. Узнать мощность прибора можно в паспорте изделия. Однако нужно учитывать, что нужно еще рассчитать мощность с учетом реактивной. Для этого в паспорте изделия ищем еще один показатель: cosφ (коэффициент мощности). Для иностранных изделий его еще иногда обозначают как PF, power factor.
Кроме того, в паспорте смотрим еще один коэффициент – коэффициент пускового тока.
Теперь мы можем рассчитать мощность прибора.
Допустим, в паспорте холодильника указаны его мощность 700 ВТ, коэффициент мощности
cosφ= 0,7 и коэффициент пускового тока, равный 4.
Тогда суммарная мощность прибора будет составлять (700/0,7)*4 = 4000 ВА. Обратим внимание, что суммарная мощность измеряется не в ваттах, а в вольт-амперах. И окончательное показание намного превышает паспортную мощность. Это связано с тем, что в момент включения и отключения холодильника возникают реактивная мощность, кратковременно увеличивая нагрузку. Однако при расчете суммарной мощности помещения это нужно учитывать, так как такие кратковременные броски могут выбивать автомат на входе или приводить к авариям.