Как рассчитывают мощность. Электрическая мощность: формула, единицы измерения.

Есть два основных вида материалов, проводящие ток и не проводящие. Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электронов. Из токопроводящих материалов (графит, медь, алюминий, многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно путешествовать. В диэлектриках электроны привязаны намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них, например, делают изоляцию для проводов, корпуса электроприборов. Для того чтобы электроны начали перемещаться (пошел ток), им нужно создать условия. В одном месте должен быть их избыток, а в другом недостаток. Эти условия создают электростанции и батарейки.

Реки тоже текут, потому что в одном месте воды много, а в другом мало. Чем шире русло реки, тем больше может потечь воды. Ограничить или задержать воду можно, построив плотину.
Аналогично с током, чем толще проводник, тем больше по нему может потечь ток. Ограничить величину тока можно, уменьшив сечение провода, например, установив на его пути лампочку. Прекратить протекание тока можно, разорвав проводник, например выключателем.

В 1827 году Георг Симон Ом разгадал закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.
Чем толще труба (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) и чем больше давление воды - тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то:
Чем толще провод (с увеличением толщины уменьшается сопротивление току) и больше напряжение – тем больший будет ток.

Где I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А ; U В ; R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается Oм .

Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.

Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R , то с помощью выше приведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I .

С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

Применение закона Ома на практике

На практике часто приходится определять не силу тока I , а величину сопротивления R . Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R , зная протекающий ток I и величину напряжения U .

Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой простой закон физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – .

где P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт ; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В ; I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А .

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при уменьшении напряжения, величина тока тоже будет уменьшаться, и соответственно будет уменьшаться потребляемая мощность.

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

Напряжение питания, В:

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Таблица вариантов формул Закона Ома и Джоуля – Ленца

Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля – Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой несвязанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения

По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U. А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.

Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.

Передача электрического тока в квартиру

От электростанции в каждую квартиру протянуты два провода, по которым осуществляется передача тока. Так как ток переменный, то в проводах попеременно с частотой вращения генератора, установленного на электростанции, создается избыток или недостаток электронов. Если эти провода соединить между собой, то получится короткое замыкание и пойдет максимально возможный ток. Величину его будет ограничивать только сечение провода.
Например, повод диаметром 1 мм может пропустить ток величиной 50 А! При такой силе тока провод расплавится и вся проводка придет в негодность, может возникнуть пожар. Вот почему не допустимо, вместо предохранителей ставить «жучки». Если предохранитель перегорел, а под рукой нет нового, то можно его отремонтировать .

Для исключения подобных ситуаций, в разрыв одного из проводов, который называется фаза, на входе в квартиру устанавливается защита в виде автоматического выключателя . Нулевой провод проходит напрямую.

Для учета расхода электроэнергии еще устанавливается электрический счетчик . Непосредственного участия в передаче тока он не принимает.

Два провода и предохранитель, вот все, что необходимо для подачи тока в электропроводку квартиры.

Содержание:

Включение потребителей в бытовые или промышленные электрические сети с использованием кабеля меньшей мощности, чем это необходимо, может вызвать серьезные негативные последствия. В первую очередь это приведет к постоянному срабатыванию автоматических выключателей или перегоранию плавких предохранителей. При отсутствии защиты питающий провод или кабель может перегореть. В результате перегрева изоляция оплавляется, а между проводами возникает короткое замыкание. Чтобы избежать подобных ситуаций, необходимо заранее выполнить расчет тока по мощности и напряжению, в зависимости от имеющейся однофазной или трехфазной электрической сети.

Для чего нужен расчет тока

Расчет величины тока по мощности и напряжению выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Для расчетов силы тока используется значение напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы тока выбирается сечение жил кабелей и проводов.

Если все потребители в доме или квартире известны заранее, то выполнение расчетов не представляет особой сложности. В дальнейшем проведение электромонтажных работ значительно упрощается. Таким же образом проводятся расчеты для кабелей, питающих промышленное оборудование, преимущественно электрические двигатели и другие механизмы.

Расчет тока для однофазной сети

Измерение производится в амперах. Для расчета мощности и напряжения используется формула I = P / U , в которой P является мощностью или полной электрической нагрузкой, измеряемой в ваттах. Данный параметр обязательно заносится в технический паспорт устройства. U - представляет собой напряжение рассчитываемой сети, измеряемое в вольтах.

Взаимосвязь силы тока и напряжения хорошо просматривается в таблице:

Электрические приборы и оборудование	Потребляемая мощность (кВт)	Сила тока (А)
Стиральные машины
Электрические плиты стационарные
Микроволновые печи
Посудомоечные машины
Холодильники, морозильные камеры
Электрический подогрев полов
Мясорубка электрическая
Чайник электрический

Таким образом, взаимосвязь мощности и силы тока дает возможность выполнить предварительные расчеты нагрузок в однофазной сети. Таблица расчета поможет подобрать необходимое сечение провода, в зависимости от параметров.

Диаметры жил проводников (мм)		Медные жилы		Алюминиевые жилы
		Сила тока (А)	Мощность (кВт)		Мощность (кВт)

Расчет тока для трехфазной сети

В случае использования трехфазного электроснабжения вычисление силы тока производится по формуле: I = P /1,73U , в которой P означает потребляемую мощность, а U - напряжение в трехфазной сети. 1,73 является специальным коэффициентом, применяемым для трехфазных сетей.

Так как напряжение в этом случае составляет 380 вольт, то вся формула будет иметь вид: I = P /657,4 .

Точно так же, как и в однофазной сети, можно определить с помощью таблицы, отражающей зависимости этих параметров от различных нагрузок.

Диаметры жил проводников (мм)	Сечение жил проводников (мм 2)	Медные жилы		Алюминиевые жилы
		Сила тока (А)	Мощность (кВт)		Мощность (кВт)

В некоторых случаях расчет тока по напряжению и мощности следует проводить с учетом полной реактивной мощности, присутствующей в электродвигателях, сварочном и другом оборудовании. Для таких устройств коэффициент мощности будет равен 0,8.

Как рассчитать мощность тока

Прежде чем приступать к проектированию электрики в вашем доме, необходимо составить схему расчетов с указанием всех предполагаемых нагрузок в помещениях и длины отдельных участков кабеля. Для составления такой схемы и понадобится провести расчет тока «по мощности». Правильно составленная карта электросистемы дома позволит подобрать кабели нужных сечений, что обезопасит вашу проводку от перегрева и, соответственно, от возможности возгорания. Давайте разберемся, а что же представляет собой расчет тока «по мощности».

Правильность подбора а также во многом зависит от различных значений параметров электрических сетей. Наиболее важным среди них считается И на этапе проектирования эти величины можно определить только расчетным математическим методом. Очень важным считается расчет тока «по мощности» в трехфазных сетях, где нагрузку необходимо размещать равномерно среди фаз, чтобы не допустить перекосов. Однако и в городских бытовых сетях эти расчеты необходимо проводить при проектировании не только щитовых, но и жилых помещений.

Расчет тока «по мощности» проводится при условии известных значений мощности электроприборов, характере нагрузок и напряжения сети. Для однофазной питающей сети используют следующую формулу: I = P/(U×cosφ), где:

• U - значение фактического напряжения сети, измеряется в вольтах;
• cosφ - соответствующий коэффициент мощности.

В зависимости от характера нагрузки выбирается коэффициент мощности. Так, для активных нагрузок (нагревательных элементов, ламп накаливания) он будет приблизительно равным единице. Однако если учесть, что в активной нагрузке всегда присутствует реактивная составляющая, то для расчетов принято использовать величину cosφ, равную 0,95. При расчетах нагрузки, которая характеризуется большой (дроссели осветительных приборов, электродвигатели, индукционные печи, и др.) принято среднее значение cosφ, равное 0,8.

Для трехфазной питающей сети формула мощности тока будет иметь следующий вид: I = P/(1,73 × U × cosφ).

Для трехфазных сетей значения коэффициента мощности для активных и реактивных нагрузок полностью идентичны однофазным сетям.

Таким образом, при помощи указанных формул необходимо провести расчеты всех значений электрического тока от мощности нагрузки, которая будет использоваться на том или ином участке.

Следующим этапом наших расчетов, будет выбор сечения кабеля. Хотя в технической литературе часто можно встретить такое понятие, как «расчет кабеля по мощности», на самом деле, это не расчет, а все-таки «выбор». Под расчетом понимают описанные выше формулы для определения нагрузки тока. При наличии определенных значений тока и напряжения выбирается из справочных таблиц. Таблицы эти весьма наглядны и подробного описания не требуют. Вы сначала выбираете материал провода: медь или алюминий, а затем по напряжению питающей сети и значению тока определяете сечение кабеля.

Вот, собственно, мы и рассмотрели, каким образом рассчитывается электрическая нагрузка и выбирается сечение кабелей для электрификации объектов.

Электрическая мощность является одной из наиболее важных и значимых характеристик, которая показывает величину, силу той электротехники, систем, цепей, что работают, выполняя ту или иную функцию. Естественно, как и любая другая физическая величина электрическая мощность должна иметь свою меру, благодаря которой появляется возможность ее рассчитывать, делая заведомо точные, экономичные, эффективные устройства, системы и т.д. Для расчетов существуют определенные формулы, по которым и находятся нужные значения мощности.

Формула мощности тока (электрического) достаточно проста и выражается как произведение напряжения на силу тока. То есть, чтобы найти электрическую мощность достаточно просто напряжение умножить на ток. Если воспользоваться законом ома, то ее можно найти и через сопротивление. В этом случае электрическая мощность будет равна силе тока в квадрате умноженный на сопротивление или же напряжение в квадрате деленное на сопротивление.

Напомню, что при использовании формул подразумевается применение основных единиц измерения физических величин. В нашем случае основными единицами будут:

Электрическая мощность - Ватт;
Сила тока - Ампер;
Напряжение - Вольт;
Сопротивление - Ом.

Исходя из этого формула мощности электрического тока будет звучать так - 1 Ватт равен 1 Вольт умноженный на 1 Ампер. Думаю вы смысл поняли. Меньшими единицами измерения мощности является милливатты (1000 мВт = 1 Вт), большими единицами являются киловатты и мегаватты (1 кВт = 1000 Вт, 1 МВт = 1000 000 Вт). Милливатты это достаточно маленькая мощность, ее используют в электронике, радиотехнике. К примеру мощность слухового аппарата измеряется именно в милливаттах. Мощность в ваттах можно встретить в звуковых усилителях, у небольших блоках питания, мини электродвигателях. Киловатты это мощность, которая часто встречается в бытовых и технических устройствах (электрочайники, электродвигатели, обогреватели и т.д.). Мегаватты это уже достаточно большая мощность, ее можно встретить на электроподстанциях, электростанциях, у потребителях электроэнергии размером с город и т.д.

Если говорить о формуле более научной, которая электрическую мощность тока выражает через работу и время, то она будет звучать так - электрическая мощность равна отношению работы тока на участке цепи ко времени, в течении которого совершается эта работа.

То есть, работа деленная на время будет определять мощность. Кроме этого часто путают такие величины как ватты и ватт-час. В ваттах измеряется электрическая мощность - скорость изменения энергии (передачи, преобразования, потребления). А ватт-час являются единицей измерения самой энергии (работы). В ватт-часах выражается энергия, произведенная (переданная, преобразованная, потребленной) за определенное время.

Мощность также разделяется на активную и реактивную. Активная мощность - часть полной мощности, что удалось передать в нагрузку за период переменного тока. Она равна произведению действующих значений напряжения и тока на cosφ (косинус угла сдвига фаз между ними). Электрическая мощность, что не была передана в нагрузку, а привела к некоторым потерям (на излучение, нагрев) называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений напряжения и тока на sinφ (синус угла сдвига фаз между ними).

P.S. Электрическая мощность является одной из главных величин и характеристик, используемые в электротехнике. Именно ее мы узнаем при покупки того или иного электрического устройства. Ведь она определяет силу, с которой электротехника может работать. К примеру электродрель. Если мы купим дрель недостаточной мощности, то она просто не сможет обеспечить нам нормальную работу при сверлении. Хотя гнаться за слишком большой мощностью также не следует, ведь это ведет к излишней трате электроэнергии, за которую вы будете платить. Так что у всего должна быть своя мера и мощность.

Электрический ток, на каком угодно участке цепи совершает некоторую работу (А). Допустим, что у нас есть произвольный участок цепи (рис.1) между концами которого имеется напряжение U.

Работа, которая выполняется при перемещении заряда равного 1 Кл между точками A и B (рис.1) будет равна U. В том случае, если через проводник протекает ток силой I за время равное по указанному выше участку пройдет заряд (q) равный:

Следовательно, работа, которую совершает электрический ток на данном участке, равна:

Надо отметить, что выражение (2) является справедливым при I=const для любого участка цепи (в таком участке могут содержаться проводники 1–го и 2–го рода).

Определение и формула мощности тока

Определение

Мощность тока – есть работа тока в единицу времени:

В том случае, если участок цепи содержит источник тока, то формулу мощности можно представить в виде:

где – разность потенциалов, – ЭДС источника, который включен в цепь.

Выражение (5) является интегральной записью. Это выражение можно представить в дифференциальной форме, если использовать понятие удельной мощности ( – мощность, развиваемая током в единице объема проводника):

где j – плотность тока, – удельное сопротивление.

Единицы измерения мощности тока

Основной единицей измерения мощности тока (как и мощности вообще) в системе СИ является: [P]=Вт=Дж/с.

В СГС: [P]=эрг/с.

1 Вт=10 7 эрг/(с).

Выражение (4) применяют в системе СИ для того, чтобы дать определение единицы напряжения. Так, единицей напряжения (U) является вольт (В), который равен: 1 В= (1 Вт)/(1 А).

Вольтом называют электрическое напряжение, которое порождает в электроцепи постоянный ток силы 1 А при мощности 1 Вт.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Какой должна быть сила тока, которая течет через обмотку электрического мотора для того, чтобы полезная мощность двигателя (P A) стала максимальной?Какова максимальная полезная мощность? Если двигатель постоянного тока подключен к напряжению U, сопротивление обмотки якоря – R.