Что такое мощность тока
Содержание
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.
Загрузка...
