Формула потужності струму. Фактична і номінальна потужність. ККД електричного приладу

Дія всіх відомих електричних приладів відбувається за рахунок електричної енергії. В результаті цього ми отримуємо світло, тепло, звук, механічний рух, тобто різні види енергії. У цій статті ми розглянемо і вивчимо таке фізичне поняття, як потужність електричного струму.

Формули потужності струму

Під потужністю струму так само, як і в механіці, розуміють роботу, яка виконується за одиницю часу. Розрахувати потужність, знаючи роботу, яку виконує електричний струм за деякий проміжок часу, допоможе фізична формула.




Струм, напруга, потужність в електростатиці пов'язані рівністю, яке можна вивести з формули A = UIt . По ній визначають роботу, яку виконує електричний струм: P = A/t = UIt/t = UI
Таким чином, формула потужності постійного струму на будь-якій ділянці ланцюга виражається як добуток сили струму на напругу між кінцями ділянки.

Одиниці виміру потужності

1 Вт (ват) - потужність струму в 1 А (ампер) в провіднику, між кінцями якого підтримується напруга 1 В (вольт). Прилад для вимірювання потужності електричного струму називається ватметр. Також формула потужності струму дозволяє визначати потужність за допомогою вольтметра та амперметра. Позасистемна одиниця потужності - кВт (кіловат), ГВт (гігават), мВт (міліват) та ін. З цим пов'язані і деякі позасистемні одиниці вимірювання роботи, які часто використовують у побуті, наприклад (квт·год). Оскільки 1кВт = 10 3 Вт, а 1ч = 3600с , то




1кВт · ч = 10 3 Вт·3600с = 36·10 6 Вт·с = 36·10 6 Дж.

Закон Ома і потужність

Використовуючи закон Ома, формула потужності струму P = UI записується в такому вигляді: P = UI = U 2 /R = I 2 /R
Отже, потужність, що виділяється на провідниках, прямо пропорційна силі струму, що протікає через провідник, і напругу на його кінцях.

Фактична і номінальна потужність

При вимірі потужності споживача формула потужності струму дозволяє визначити її фактичну величину, тобто ту, яка реально виділяється в даний момент часу на споживача. У паспортах різних електричних приладів також відзначають значення потужності. Її називають номінальною. У паспорті електричного приладу зазвичай вказують не тільки номінальну потужність, але і напруга, на яку він розрахований. Проте напруга в мережі може дещо відрізнятися від вказаного в паспорті, наприклад, збільшуватися. Із збільшенням напруги збільшується і сила струму в мережі, а отже, і потужність струму в споживача. Тобто значення фактичної та номінальної потужності приладу можуть відрізнятися. Максимальна фактична потужність електричного пристрою більше номінальної. Це зроблено з метою запобігання виходу приладу з ладу при незначних змінах напруги в мережі.




Якщо ланцюг складається з декількох споживачів, то, розраховуючи їх фактичну потужність, слід пам'ятати, що при будь-якому з'єднанні споживачів загальна потужність у всій ланцюга дорівнює сумі потужностей окремих споживачів.

Коефіцієнт корисної дії електричного приладу

Як відомо, ідеальних машин і механізмів не існує (тобто таких, які б повністю перетворювали один вид енергії в інший або генерували б енергію). Під час роботи пристрою обов'язково частину витраченої енергії йде на подолання небажаних сил опору або просто «розсіюється в навколишнє середовище. Таким чином, тільки частина витраченої нами енергії витрачається на виконання корисної роботи, виконання якої і було створено пристрій.
Фізична величина, яка показує, яка частина корисної роботи до витраченої, називається коефіцієнтом корисної дії (далі ККД). Іншими словами, ККД показує, наскільки ефективно використовується витрачена робота при її виконанні, наприклад, електричним приладом. ККД (позначається грецькою літерою ("ця")) - фізична величина, яка характеризує ефективність електричного приладу і показує, яка частина корисної роботи до витраченої. ККД визначається (як і в механіці) за формулою: = A П /A З ·100% Якщо відома потужність електричного струму, формули для визначення ККД будуть виглядати так: = P П /P З ·100% Перш ніж визначати ККД деякого пристрою, необхідно визначити, що є корисною роботою (для чого створено пристрій), і що є витраченої роботою (робота виконується або яка енергія витрачається для виконання корисної роботи).

Завдання

Звичайна електрична лампа має потужність 60 Вт робоча напруга 220 В. Яку роботу виконує електричний струм у лампі, і скільки ви платити за електроенергію протягом місяця, при тарифі Т = 28 рублів, використовуючи лампу 3 години кожен день?
Яка сила струму в лампі і опір її спіралі в робочому стані? Рішення: 1. Для вирішення даної проблеми:
а) обчислюємо час роботи лампи протягом місяця;
б) обчислюємо роботу сили струму в лампі;
в) обчислюємо плату за місяць за тарифом 28 рублів;
г) обчислюємо силу струму в лампі;
д) обчислюємо опір спіралі лампи в робочому стані. 2. Роботу сили струму розраховуємо за формулою: А = Р·t Силу струму в лампі допоможе обчислити формула потужності струму: Р = UI;
I = P/U. Опір спіралі лампи в робочому стані із закону Ома одно: R = U/I. 3. СІ [А]= Вт·год; [I]= 1В·1А/1В = 1A; [R]= 1В/1A = 1Ом. 4. Обчислення: t = 30 днів · 3 год = 90 год;
А = 60·90 = 5400 Вт·год = 54 кВт·год;
I = 60/220 = 03 А;
R = 220/03 = 733 Ом;
В = 54 кВт·ч·28 до /кВт год = 151 руб. Відповідь: А = 54 кВт·год; I = 03 А; R = 733 Ом; = 151 рубль.