4.4. Мощность электрическая и механическая кратко

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про мощность, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое мощность,механическая мощность,электрическая мощность , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Физические основы механики

мощность — скалярная физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. В более узком смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Величина, характеризующая скорость совершения работы, называется мощностью Мощность численно равна отношению к промежутку времени за который она совершается.

или в общем случае

,

Подставляя значение получим

Единицы измерения

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт (Вт), равный одному джоулю в секунду (Дж/с). В теоретической физике, астрофизике, в качестве единицы для мощности часто используют эрг в секунду (эрг/с).

Другой распространенной, но ныне устаревшей единицей измерения мощности, является лошадиная сила. В своих рекомендациях Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) относит лошадиную силу к числу единиц измерения, «которые должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются».
Соотношения между единицами мощности

Системные единицы

Дадим определение: под мощностью в физике понимают величину, которая характеризует работоспособность (скорость передачи или преобразования энергии) механизмов и устройств. Оно связано с другим понятиям – работой.

В механике мощность находят по формуле:

$P = frac {dA}{dt} = F cdot v cdot cos alpha$, из которой следует, что под мощностью понимается работа, измеренная в Джоулях, отнесенная ко времени ее выполнения в секундах.

Рис. 1. Работа по перемещению груза.

Либо:

$P = frac {dW}{dt}$, т.е. как скорость изменения энергии системы.

В электродинамике для мощности имеется своя формула:

$P = U cdot I$

Таким образом, единица измерения мощности – это Джоули, деленные на секунду (Вольты, умноженные на Амперы), или Ватты. Последнее название дали в честь инженера Джеймса Уатта, создавшего паровую машину. Именно Ватт является единицей мощность в системе СИ.

В промышленности и на приборах зачастую используют более крупные единицы – киловатты, мегаватты и др. Они получаются добавлением стандартных десятичных приставок. Соответственно, 1 кВт = 1000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.

Рис. 2. Мощность на электрическом приборе.

В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда), получившей распространение в электродинамике, мощность принято измерять в эргах, отнесенных к секунде. $ 1 : эрг = 10^{-7} : Дж $, тогда $ 1 : Ватт = 10^7 : frac {эрг}{с} $

В системе МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) мощность измеряется в килограммах-силах, умноженных на метр и деленных на с. $1 : кгс = 10 : Н$, и тогда $1 : Ватт = 0,1 : frac {кгс cdot м}{с}$

электрическая мощность

Электри́ческая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мгновенная электрическая мощность участка электрической цепи:

где — мгновенный ток через участок цепи;

— мгновенное напряжение на этом участке.

При изучении сетей переменного тока, помимо мгновенной мощности, соответствующей общефизическому определению, вводятся также понятия:

• активной мощности, равной среднему за период значению мгновенной мощности, мгновенная активная мощность:

• реактивной мощности, которая соответствует энергии, циркулирующей без диссипации от источника к потребителю и обратно, мгновенная реактивная мощность:

при

при

• полной мощности, вычисляемой как произведение действующих значений тока и напряжения без учета сдвига фаз. мгновенная полная мощность:

где — амплитуда тока;

— амплитуда напряжения;

— угол между начальным углом напряжения и начальным углом силы тока —

— угловая скорость;

— время.

Приборы для измерения электрической мощности и мощности излучения[править | править код]

Аналоговый стрелочный ваттметр

• Ваттметры (в том числе варметры) — измерительные приборы, предназначенные для определения мощности электрического тока или электромагнитного излучения.

По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три категории — низкочастотные (и постоянного тока), радиочастотные и оптические.

Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки. В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и ее вывода оператору ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

Чему равна полная мощность

Теория комплексных чисел позволит тщательно разобраться в понятии полных, активных, реактивных мощностей. Соответственно, можно легко определить коэффициент. Данная теория представляет собой целый треугольник мощностей активная, реактивная и полная.

Вычисление активной производительности трёхфазной цепи

Активная производительность

Единица измерения активной мощности электрической трёхфазной цепи — ватт (русское обозначение: Вт, киловатт — кВт; международное: ватт -W, киловатт — kW).

Вам это будет интересно Особенности танталовых конденсаторов

Важно! Средняя мгновенная производительность, которая обозначается буквой Т — это активная мощность.

Там, где преобладает несинусоидальный ток, равенство электрической ёмкости соответствует средним мощностям отдельных элементов. Активная величина — это прежде всего скорость необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии. К ним относится тепловая и электромагнитная. Как правило, активная производительность выражается через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g.

Определяя любую электрическую цепь (синусоидальный или несинусоидальный ток) активная отдача всей цепи будет равна сумме активных мощностей отдельных элементов. Важно отметить, что для трёхфазных цепей электрическая производительность определяется как сумма производительности отдельных фаз. С полной ёмкостью S, активная связана соотношением полной и активной отдачи.

К сожалению, потребителю электроэнергии приходится платить не за активную (полезную) мощность, а за полную мощность. Разница в мощности на входе и на выходе системы бесперебойного питания составила 58 кВА! Необходимо учесть, что тариф за потребление электроэнергии с низким cosj (Pf) существенно выше. Таким образом, применение системы бесперебойного питания позволило не только защитить оборудование от исчезновения и провалов напряжения, но и получить существенную экономию электроэнергии.

Рассматривая длинные линии (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая производительность, которая определяется как разность между падающей и отраженной пропускной способностью.

Определение реактивной величины на примере

Реактивная емкость

Часто возникает вопрос о том, что такое реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузку, которая создаётся в электросистемах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи, где преобладает синусоидальный переменный ток.

Реактивная ёмкость представляет собой энергию, которая переносится от источника на реактивные элементы прибора. К ним можно отнести: индуктивность, конденсатор, обмотки двигателей. После чего данная емкость вместе с элементами перемещается в источник в течение одного периода колебаний.

Важно подчеркнуть, что показатель sin φ для значения φ от 0 до плюс 90° представляет собой положительную величину. Данное значение, которое обозначается как sin φ для φ от 0 до минус 90° является — это отрицательная величина. Учитывая формулу, по которой происходит определение реактивной производительности, можно получить как положительную величину (при нагрузке с активно-индуктивным характером), так и отрицательную (при нагрузке с активно-ёмкостным характером). Всё это характеризуется тем, что реактивная отдача не происходит когда поступает электрический ток.

Некоторые электросистемы обладают положительной реактивной емкостью. Здесь уже говорится о том, что происходит нагрузка активно-индуктивного характера. Когда определяется отрицательная производительность то здесь производится нагрузка с активно-ёмкостным характером. Этот фактор характеризуется тем, что многие электропотребляющие устройства, подключение которых происходит при помощи трансформатора, являются активно-индуктивными.

Вам это будет интересно Особенности ватта и вольта

Электрические станции оснащены синхронными генераторами. Они могут потреблять и производить реактивную ёмкость. Кроме того происходит определение величины электрического тока возбуждения, который поступает в обмотки ротора генератора. Благодаря отличительным особенностям синхронной электрической машины можно свободно регулировать заданный уровень напряжения сети. Чтобы снизить нагрузки, а также повысить коэффициент производительности электросистем, специалисты производят компенсацию реактивной ёмкости.

Обратите внимание! Если использовать современные электрические измерительные преобразователи на микропроцессорной технике, тогда производится точная оценка показателя энергии от индуктивной и нагрузки ёмкости в источник переменного напряжения.

Определение полной производительности

Полная емкость

Для того чтобы определить какие системы обладают полной производительностью, необходимо изучить особенности данной величины. Полная мощность — это физическая величина, равная произведению действующих элементов периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах. Для определения соотношения полной отдачи с активной и реактивной емкостями нужно расшифровать значения, которые вычисляются по формуле. Например, соотношение производительности, где P — активная, Q — представляет собой реактивную пропускную способность (если нагрузка индуктивного характера Q»0, а при ёмкостной обозначается — Q»0).

Важно! Полная производительность описывает нагрузку, налагается на элементы подводящей электросети (проводам, распределительным щитам, трансформаторам, линиям электропередач). Ведь вся эта нагрузка зависит от потребляемой энергии, а не от расходующей пользователем энергии. Исходя из этих результатов полная мощность трансформатора или распределительного щита измеряют в вольт-амперах, а не в ваттах.

По какой единице измеряется ёмкость

См. также

• Удельная мощность
• Активная мощность
• Реактивная мощность
• Светимость
• Энергия
• Мощность взрывного устройства
• Мощность звука
• Усилитель мощности

Статью про мощность я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развии теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое мощность,механическая мощность,электрическая мощность и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Физические основы механики

Как правильно рассчитать

Активная мощность, как сделать правильный расчет?

Мощность электрического тока влияет на то, как быстро прибор сможет выполнить работу. К примеру, дорогой обогреватель, имеющий в 2 раза большую мощность, обогреет помещение быстрее, чем два дешевых, с меньшей в 2 раза мощностью. Получается, что выгоднее купить агрегат, имеющий большую мощность, чтобы быстрее обогреть холодное помещение. Но, в то же время, такой агрегат будет тратить существенно больше энергии, чем его более дешевый аналог.

Потребляемая мощность всех приборов в доме учитывается и при подборе проводки для прокладки в доме. Если не учитывать этого и в последующем включить в сеть слишком много приборов, то это вызовет перегрузку сети. Проводка не сможет выдержать мощность электрического тока всех приборов, что приведет к плавлению изоляции, замыканию и самовоспламенению проводки. В результате может начаться пожар, который может привести к непоправимым последствиям.

Вам это будет интересно Особенности изоляционной ленты

Однофазный синусоидальный ток в электрических цепях вычисляется по формуле Р = U x I x cos φ, где υ и Ι. Их обозначение шифруется следующим образом: среднеквадратичное значение напряжение и тока, а φ — фазный угол фаз между ними.

Для цепей несинусоидального тока электрическая ёмкость равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной производительности. Активная производительность характеризуется скоростью, которая имеет необратимый процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Данная ёмкость может вычисляться через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле P = I(2) x r = U(2) x g.

Реактивная мощность (Reactive Power)

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная способность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая емкость определяется как сумма пропускной способности отдельных фаз. С полной производительностью S, активная связана соотношением P = S x cos φ.

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной производительностью.

Как найти реактивную полную мощность через активную? Данная производительность, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = U x I x sin φ (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным).

Обозначение реактивной величины

Мощность в механике

Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело:

где F

— сила,
v
— скорость, \alpha — угол между вектором скорости и силы.

Частный случай мощности при вращательном движении:

M

— момент силы, \mathbf \omega — угловая скорость, \pi — число ,
n
— частота вращения (число оборотов в минуту, об/мин.).

Дольные и кратные единицы

Если мощность слишком велика или, наоборот, мала, то использование в качестве единицы измерения обычного ватта будет неудобным. В этом случае на помощь придут кратные и дольные единицы. Если говорить только об одной лампочке и о малых промежутках времени, то мощность будет не очень большой. Например, за час такой осветительный прибор может вырабатывать около 100 джоулей энергии.

Но когда требуется определить силу не одной, а нескольких таких лампочек (десятка, сотен, тысяч), и не за один час, а, например, за месяц или год, то число получится громоздким. Целесообразно использовать не ватты, а их кратные обозначения — киловатты (кВт), мегаватты (МВт), гигаватты (ГВт).

Вам это будет интересно Классификация воздушных и подземных ЛЭП и их назначение

Значение кратных величин легко определить по префиксам, которые используются так же, как и в случаях с большинством других единиц. Приставка «кило» указывает на 1000 единиц, «мега» — на миллион, «гига» — на миллиард.

Чаще всего на практике используются киловатты. В одной такой кратной единице насчитывается тысяча ватт. То же самое касается и дольных долей, использующихся в тех случаях, когда необходимо указать малую мощность, которая в десятки, сотни, тысячи и миллионы раз меньше 1 Вт. Например:

• десятая часть вата — это дециват;
• сотая часть — сантиватт;
• тысячная — милливатт.

В некоторых медицинских аппаратах в качестве единицы измерения используются микроватты. Каждая такая единица в миллион раз меньше ватта.

Взаимосвязь величин

Чтобы лучше понять предназначение этой единицы, следует иметь представление о том, что такое мощность. Многие думают, что это просто сила. Однако в физике это совершенно разные величины, которые друг к другу почти не имеют никакого отношения. Если говорить максимально кратко, закрывая глаза на некоторые незначительные нюансы, то мощность — это скорость, с которой тот или иной объект потребляет энергию.

Вам это будет интересно Техника безопасности электрика при работе с электричеством

Например, лампочка осветительного прибора может светиться ярко или тускло. Всё зависит от того, с какой скоростью ею потребляется электрическая энергия. Если горит ярко, значит, энергия расходуется быстро. Когда свет, исходящий от лампы, тусклый, она потребляет энергию с небольшой скоростью. Еще проще можно сказать так:

• если лампа светится ярко, значит, ее мощность высока;
• если же свет ее тусклый, значит, она обладает небольшой силой.

То же самое касается и любых других приборов, работающих от электричества. Но когда говорят о мощности, не всегда имеют в виду электрические приборы или какие-то другие объекты, связанные с электричеством.

Например, если взять движущийся автомобиль, то он обладает определенной силой. Чем быстрее потребляется вырабатываемая топливом в бензобаке энергия, тем мощнее автомобиль. Правда, автомобилисты измеряют мощность своих «железных коней» в других единицах, называемых лошадиными силами. Однако это вовсе не означает, что традиционные ватты для этого случая неприменимы. Одну единицу легко можно перевести в другую, зная, что одна лошадиная сила — это примерно 735 Вт. Всего существует три вида мощности:

1. Электрическая. Именно ее имеют в виду, когда говорят о лампочках или других электроприборах.
2. Механическая. «Лошадиные силы» автомобиля как раз относятся к этой категории.
3. Тепловая. О том, насколько большой тепловой мощностью обладает тот или иной объект, можно судить по его температуре.

Мощность — это скорость, с которой потребляется энергия. Пытаясь понять, чему равен 1 ватт, какая энергия и за какое время должна использоваться объектом, чтобы о нем можно было сказать, что его мощность равна одному ватту, физики выводили такую величину, как мощность, исходя из других простых величин — времени и энергии. Они взяли их основные единицы измерения и условились считать, что если физическое тело получает или вырабатывает 1 джоуль энергии за 1 секунду, значит, оно обладает мощностью 1ватт.

Вам это будет интересно Как надавать первую медицинскую помощь при ударе током

В основе этого простого определения лежит формула: N=A/t. Обозначение знаков здесь следующее:

• N — это обозначение мощности;
• A в физике традиционно обозначает работу, которая измеряется в тех же единицах, что и энергия;
• t — это обозначение времени.

Если необходимо определить механическую величину, то для этой цели может быть использована иная формула, основанная на других величинах: N=FV. Проще говоря, нужно силу умножить на скорость.

Как измеряют мощность разных видов

Измерение разных мощностных видов происходит по формулам, выведенным с конца прошлого и позапрошлого столетия. Для каждой разновидности есть свое точное алгебраическое правило. Так, измерить механическую можно по первой формуле, а электрическую по второй. Что касается гидравлической, ее можно вычислить по третьему алгебраическому правилу.

Измерение по формулам

Механическая

Механической мощностью является скалярный вид произведения силового вектора на скоростной вектор, при котором движется какой-то объект. Исходя из формулы для вычисления этого показателя, чтобы отыскать его, необходимо знать показатель вектора силы со скоростным вектором, а последний из них равен модулю силы, перемноженному на модуль скорости и векторный угол скорости с силой.

Что касается вычисления тела, которое совершает вращательные движения, можно отметить, что нужно иметь представление о показателе момента силы с угловой скоростью.

Вам это будет интересно Принцип работы тиристора, назначение и схема подключения

Дополнительная информация! Если в задаче эти данные неизвестны, можно двукратное число Пи перемножить на частоту вращения в минуту на момент силы, а затем полученные сведения поделить на 60. Таким образом совершаются вычисления в механике, если нужно понять, какую силу имеет двигатель или прочий силовой агрегат.

Электрическая

Электрической мощностью называется величина, которая показывает, с какой скоростью или преобразованием двигается электрическая энергия. Для изучения мгновенной электрической мощностной характеристики на определенном участке цепи, необходимо знать значение тока и напряжения мгновенного тока и перемножить данные значения.

Чтобы понять, сколько составляет активный, полный, реактивный или мгновенный реактивный мощностный показатель, нужно знать точные цифры амплитуды тока, амплитуды напряжения, угла тока с напряжением, а также угловую скорость и время, поскольку все существующие физические формулы сводятся к этим параметрам. Также в формулах задействуется синус, косинус угла и значение 1/2.

Понятие электрической мощности

Гидравлическая

Гидравлическим мощностным показателем в гидромашине или гидроцилиндре называется произведение машинного перепада давления на жидкостный расход. Как правило, это основная формулировка, взятая из единственной существующей формулы для вычисления.

Обратите внимание! Больше алгебраических и инженерных правил можно найти в прикладной науке о движениях жидкостей и газов, а именно в гидравлике.

Постоянного и переменного тока

Что касается мощности постоянного с переменным током, то чаще всего их причисляют к электрической разновидности. Конкретного понятия для двух разновидностей нет, однако их можно вычислить, исходя из имеющихся алгебраических установок. Так, мощностью постоянного тока является произведение силы тока и постоянного напряжения или же удвоенное значение силы тока на электрическое сопротивление, которое, в свою очередь, вычисляется делением двойного напряжения на обычное сопротивление.

Что касается переменного тока, это произведение силы тока с напряжением и косинусом сдвига фаз. При этом беспрепятственно можно посчитать только активную и реактивную разновидность. Узнать полное мощностное значение можно через векторную зависимость этих показателей и площади.

Чтобы измерить эти показатели, можно воспользоваться как указанными выше приборами, так и фазометром. Этот прибор служит, чтобы вычислить реактивную разновидность по государственному эталону.

Вам это будет интересно Фен для паяния

Понятие переменной мощности тока

В целом, мощность — это величина, основное предназначение которой показывать силу работы конкретного прибора и во многих случаях скорость деятельности, взаимодействуя с ним. Она бывает механической, электрической, гидравлической и для постоянного с переменным током. Измеряется по международной системе в ваттах и киловаттах. Приборами для ее вычисления выступает вольтметр, ваттметр. Основные формулы для самостоятельного расчета перечислены выше.

Формулы для измерения

Мощность — величина, которая непосредственным образом связана с другими показателями. Так, она прямым образом связана со временем, силой, скоростью, вектором силы и скоростью, модулем силы и скорости, моментом силы и частотой вращения. Нередко в формулах при вычислении электрической мощностной разновидности задействуется также число Пи, показатель сопротивления, мгновенный ток с напряжением на конкретном участке электрической сети, активная, полная и реактивная сила. Непосредственным участником в вычислении является амплитуда с угловой скоростью и начальной силой тока с напряжением.

Вам это будет интересно Особенности сети передачи электроэнергии

В расчетах гидравлической мощностной разновидности, принимает участие давление и расход жидкости. Нередко берется в расчеты показатель количества оборотов двигателя за конкретный промежуток времени.

Дополнительная информация! Чтобы рассчитать тягу, коэффициент полезного действия с другими рабочими параметрами устройства, изучается температура, сила трения и проводниковое сопротивление с реактивными нагрузками.

Основные формулы для измерения