Потужність електричного струму: визначення, формули, одиниці виміру, позначення

• Формули
• Одиниці вимірювання та позначення
• Приклад розрахунку потужності електричного струму
• Вимірювання потужності електричного струму
• Одиниці вимірювання електричного струму, що застосовуються на практиці
• Зв'язок потужності струму з дією струму в електричному ланцюзі
• Список використаної літератури

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

У цій статті ми розповімо вам, що є потужністю електричного струму і як її можна розрахувати.

Визначення.

Потужність електричного струму (позначається буквою P) - це фізична величина, яка визначається як кількість роботи, яка здійснюється джерелом електричної напруги для перенесення електричного заряду (q) за провідником за одиницю часу t.

Якщо сказати загалом, то потужність електричного струму показує, скільки електричної енергії перетворюється за певний час. Вона, зокрема, описує енергоспоживання споживача.

Формули

На багатьох побутових електроприймачах є етикетки із зазначенням потужності. Потужність (P) говорить про роботу (A), яку виконує електроприлад в одиницю часу (t). Тому, щоб знайти середню потужність електричного струму, потрібно розділити його роботу на якийсь час, тобто P=A / t.

Давайте розглянемо, що таке потужність електричного струму. Для цього розглянемо електричний ланцюг (див. рисунок 1), що складається з джерела струму, проводів і будь-якого електроприймача, яким може бути резистор, акумулятор, електродвигун і т.д.

Мал. 1. Електричний ланцюг, в якому напруга і струм постійні

Рекомендована електрична напруга також вказується на електрообладнанні. Як ці дві величини пов'язані один з одним? Зі шкільного курсу фізики ми знаємо, що напруга (U) між кінцями даного електроприймача визначається наступним чином: U=A/q, де: A - робота, що здійснюється джерелом електричної напруги для перенесення електричного заряду (q) по провіднику.

Величина електричного заряду розраховується за формулою: q=It

Маємо A=Pt; A=Uq, а q=It. Після перетворення формул отримуємо: A=Pt=Uq=UIt

Звідси випливає (розділивши обидві сторони рівняння на t), що P=UI. Тобто ми можемо сказати, що кількість енергії, передана джерела струму до резистора визначається за формулою: P=UI

З цієї формули можна знайти, що U=P / I , I=P / U.

Згідно із законом Ома для ділянки ланцюга I=U/R, де R - електричний опір ділянки ланцюга. Тому формули P=UI випливають дві інші формули для потужності електричного струму, тобто P=U²/R, P=I^{2 R.}

Формулу P=I^{2R комфортно застосовувати для електричних кіл з послідовним з'єднанням провідників, тому що сила електричного струму при такому з'єднанні в провідниках однакова.}

Для паралельно з'єднаних провідників роботу і потужність зручніше виражати через однакову їх електричне напруга, виключаючи силу електричного струму, тобто. краще застосовувати формулу P=U^2/R.

Якщо електроприлади з'єднані послідовно або паралельно, їхня електрична потужність підсумовується. У разі для розрахунку повної потужності використовується така формула:

P_заг=P₁+ P₂+ + P_n, де P₁, P_{2 , - потужність окремо взятих електроприймачів.}

Одиниці вимірювання та позначення

Одиницею вимірювання потужності в Міжнародній системі одиниць (СІ) є ват. У цьому російське позначення: Вт, міжнародне: W). 1 Вт=1 Дж/с. З формули P=UI випливає, що: 1 ват=1 вольт1 ампер, або 1 Вт=1 ВА.

Є також одиниці вимірювання потужності, кратні ватам: гектаватт (гВт), кіловат (кВт), мегават (МВт). Тобто 1 гВт=100 Вт, 1 кВт=1000 Вт, 1 МВт=1 000 000 Вт.

Одиниці потужності, що застосовуються в електротехніці, кратні вату: мікроват (мкВт), мілліват (мВт), гектоватт (гВт), кіловат (кВт) і мегават (МВт).Інакше кажучи, 1 мкВт=110^-6Вт, 1 мВт=110^-3Вт, 1 гВт=110²Вт, 1 кВт=110³Вт, 1 МВт=110^{6 Вт.}

Кожен електроприлад має певну потужність (вказана на приладі). Ось типові значення потужності для деяких електроприладів.

Прилад	Потужність, Вт
Телевізор у режимі очікування	0,5
Лампа кишенькового ліхтарика	Близько 1
Лампи розжарювання	25-150
Холодильник	160
Електронагрівач	500-2000
Пилосос	До 1300-1800
Електрочайник	Близько 2000
Праска	1200-2200
Пральна машина	До 2300

Раніше для позначення потужності використовувалася одиниця виміру - кінська сила (к.с.), яка відома і зараз. Переведіть із кінських сил у вати, використовуючи вираз: 1 л.с.=735.5 Вт.

Приклад розрахунку потужності електричного струму

Зрештою, ви зможете перевірити свої знання на двох простих прикладах.

Уявіть, що в першому завданні у вас є резистор R=50 Ом, через який тече електричний струм I=0,3А. Яка електрична потужність перетворюється на цьому резисторі?

Ви можете знайти рішення, знайшовши відповідну формулу і підставивши в неї задані значення. Тобто у нас виходить: P=I²R=0,3^{250=4,5 Вт}

У другому завданні дано резистор R, електричний опір якого 700 Ом. У технічному описі зазначено, що максимальна потужність резистора становить 10 Вт. Наскільки високою може бути напруга, що подається на цей резистор?

Для вирішення цього завдання підбираємо відповідну формулу: P=U^{2/R, звідки ми знаходимо Umax=PmaxR=70010=83,67 В.}

Це означає, що максимальна напруга може становити 83,67 В. Щоб підстрахуватися, слід вибирати електричну напругу значно нижче за цю межу.

Детальніше про те як можна знаходити потужність електричного струму я писав у статті: https://www.asutpp.ru/kak-nayti-moschnost.html

Вимірювання потужності електричного струму

Ви зможете виміряти силу електричного струму за допомогою вольтметра та амперметра. Щоб розрахувати потрібну потужність, помножте електричну напругу на силу струму. Електричний струм і напруга можна знайти за показаннями приладів.

Мал. 2. Вимірювання потужності електричного струму

Пам'ятайте, що ви завжди повинні визначати електричну напругу паралельно до навантаження і електричний струм послідовно.

Є особливі прилади - ватметри, що визначають потужність електричного струму в ланцюгу, які, по суті, підміняють два пристрої - амперметр і вольтметр.

Одиниці вимірювання електричного струму, що застосовуються на практиці

У паспортах споживачів електроенергії - лампочки, плити, електродвигуни - зазвичай вказують силу електричного струму в них. Виходячи з потужності, знайти роботу електричного струму за цей проміжок часу досить просто, потрібно лише використовувати формулу A=Pt.

Виразивши потужність у ватах, а час у секундах ми отримаємо роботу в джоулях: 1 Вт=1 Дж/с, де 1 Дж=1 Втс.

Але цю одиницю роботи незручно застосовувати практично, оскільки електроприймачі споживають її протягом тривалих періодів часу, як, наприклад, у побутових пристроях - протягом кількох годин, в електропоїздах - протягом кількох годин і навіть доби, а розрахунок спожитої енергії по електролічильнику здебільшого виробляється щомісяця.

Тому при розрахунку роботи струму або витраченої та виробленої електроенергії у всіх цих випадках потрібно переводити ці проміжки часу в секунди, що ускладнює розрахунки.

Перишкін А.В. Фізика 8. - М: Дрофа, 2010. [2]

Тому на практиці, при розрахунку роботи електричного струму, зручніше виражати час у годинах, а роботу електричного струму не в джоулях, а в інших одиницях: наприклад, ват-година (Втч), гектоваттчас ( гВтгод), кіловат-година (кВтгод).

Перишкін А.В. Фізика 8. - М: Дрофа, 2010. [2]

Будуть вірні наступні співвідношення:

• 1 Втгод=3600 Дж;
• 1 гВтгод=100 Втгод=360 000 Дж;
• 1 кВтгод=1000 Втгод=3 600 000 Дж.

Завдання. Існує електрична лампа, розрахована на струм потужністю 100 Вт. Лампа працює протягом 6 годин щодня. Нам необхідно знайти роботу електричного струму за місяць (30 днів) і вартість спожитої електроенергії, припускаючи, що тариф становить 500 копійок за кВт/год.

Запишемо умову завдання і розв'яжемо її.

Вхідні дані: P=100 Вт, t=6 год30=180 год, тариф=500 к / кВтгод.

Розв'язання задачі. Ми знаємо, що A=Pt, тому отримуємо: A=100 Вт180 год=18 000 Втгод=18 кВтгод.

Ми розраховуємо вартість так: Вартість=500 к / кВтгод18 кВтгод=9000 копійок=90 рублів.

Відповідь: A=18 кВтгод, вартість витраченої електроенергії=90 рублів.

Зв'язок потужності струму з дією струму в електричному ланцюзі

Порівняння потужності струму з номінальною потужністю електричного приладу дозволяє визначити, наскільки сильно навантажений в електричному ланцюзі прилад. Якщо потужність струму менше номінального, то дія струму мало інтенсивно або зовсім не проявляється. Підключення потужного приладу до слабкого джерела струму не викликає ніяких дій. Прилади, розраховані на малу потужність струму, при підключенні до джерел, що створює сильне поле, згоряють.

Список використаної літератури

Фізика, 8 клас, Ісаченкова Л.А., Лещинський Ю.Д., Дорофейчик В.В., 2018
1. Перишкін А.В. Фізика 8. - М: Дрофа, 2010.
2. Фадєєва А.А., Засов А.В., Кисельов Д.Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!