Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Как рассчитать мощность КТП для частного дома, коттеджа, загородного дома

Дата публикации: .

Первая задача, которую предстоит решить для электрификации коттеджа, это согласование его электрической мощности. Сколько может выделить местная электросеть и сколько нужно вам? Как провести расчет и не ошибиться? Чтобы в доме не отказывать себе в привычном «городском» комфорте, нужно запросить в местной электросети достаточную суммарную мощность. Потребности дома и возможности сети Далеко не всегда совпадают. Часто изношенное и устаревшее оборудование или жесткие лимиты на потребление электроэнергии, установленные для данного населенного пункта просто не позволяют выделить вам больше 10–15 кВт. Иными словами, домовладельца лишают возможности пользоваться многими электроприборами. Но если в администрации спрашивают, сколько киловатт вам требуется, вы должны быть готовы дать правильный и аргументированный ответ.
Мощность бытовых электроприборов указывается в описании, прилагаемом к каждому из них, либо на задней стенке или днище устройства. Например, утюг потребляет в среднем 0,75 кВт/ч, стиральная и посудомоечная машины, а также печь СВЧ – порядка 1 кВт/ч. Накопительному электрическому водонагревателю потребуется 2–6 кВт/ч, а его проточному аналогу – 15–20 кВт/ч. Порядок действий:
  • Узнать о возможностях местной сети еще до покупки дома или участка. Для этого обращаются в производственно-технический отдел сетевой организации. Может быть, подстанция находится так далеко, а качество энергии настолько плохое, что от покупки придется отказаться. Либо решать вопрос, по карману ли вам строительство собственной подстанции, покупка дополнительного трансформатора или протягивание сотен метров проводов большего сечения. Согласовать выделяемую мощность. В идеале нужно было бы сначала заказать проект электроустановки дома в специальной проектной организации. В этом проекте специалисты как раз учитывают все электрооборудование дома и режим его работы.
    Однако реалии таковы, что приходится сначала согласовывать выделяемую мощность, а уже потом обращаться в проектное бюро за составлением проекта.
  • Для согласования пишут техническое задание. С этим заданием нужно обратиться в производственно-технический отдел сетевой организации. Именно на его основе местные специалисты выдадут вам технические условия на подключение дома к линии и определят доступную для него мощность электросети. В техническом задании приводят предварительный расчет. Чтобы рассчитать примерную необходимую мощность электросети, нужно сложить потребляемую мощность всей электротехники (освещения, бытовых приборов, силового оборудования), которую предполагается эксплуатировать. Главное, ничего не забыть и рассчитать все правильно, иначе выделенная сетевой организацией электрическая мощность дома окажется недостаточной. Расчет мощности сети. Пример расчета мощности освещения: в комнате используется 25 точечных светильников, в которых установлены 40-ваттные лампы накаливания. Умножаем 25 на 40 и получаем суммарную потребляемую мощность для освещения в данной комнате — 1 кВт/ч. Таким же образом считаем показатели для всех комнат и суммируем их. Полученная в итоге цифра покажет, сколько киловатт-час потребуется для освещения в доме. Сложить потребляемую мощность освещения, бытовых приборов и силового оборудования. Именно из этих данных получается электрическая мощность дома. Потребляемая мощность электрооборудования указана на каждом приборе. Чтобы посчитать мощность освещения, нужно перемножить число лампочек в каждом помещении на их предполагаемую мощность. Учесть все мелочи. Не забудьте про то, что определенная электрическая мощность нужна не только отопительному котлу, теплым полам, душевой гидромассажной кабине или «готовой» сауне. Постарайтесь учесть все вплоть до таких мелочей, как электророзжиг плиты, приводы для роль-ставен и ворот.
  • Проект электрификации дома даёт приблизительное представление относительно потребляемой мощности. Однако часто полезно знать ориентировочную цифру потребляемой мощности и до заказа проекта отказаться от некоторых потребителей энергии, бытовых электрических приборов. Ориентировочность данные потребляемой мощности приведены в таблицы. Взяты они из технических паспортов на специальное оборудование. Для каждого потребителя электроэнергии, бытового электроприбора приведен примерный показатель потребляемой мощности, а также параметры напряжения электросети (однофазная сеть переменного тока - 220В, трехфазная - 380В). Следующим этапом является умножение полученной суммы на коэффициент одновременного пользования, зависящего от потребляемой мощности. Для примера стоит сказать следующее: при получении суммы потребителей, равной 32,8 кВт, таблица №1 иллюстрирует, что коэффициент спроса равен 0,6. Произведение 32,8 кВт на коэффициент 0,6 позволяет получить ориентировочный показатель мощности, которая будет потребляться домом, то есть 19,68 кВт. Самостоятельный предварительный расчет потребляемой электрической мощности дома.
    Основным показателем, рассчитываемым в проекте электрики частного дома, является общая потребляемая мощность. Заказав проект электрики, владелец частного дома обязательно получит цифру потребляемой мощности, которая будет в нем указана. Но часто бывает полезно понять ориентировочную потребляемую мощность еще до заказа проекта. Предварительный расчет поможет Вам определиться с величиной покупаемой мощности (если есть различные предложения), а также осмысленно подойти к своим потребностям в части энергопотребления. Иногда бывает выгоднее отказаться от некоторых потребителей электроэнергии, чем платить за лишние киловатты. Основой расчета общей потребляемой мощности частного дома, выполняемого в ходе проектирования электрики, являются нагрузки оконечных потребителей электроэнергии. Именно данные о примерном потреблении электричества элементами освещения, силовым оборудованием и бытовыми приборами, используемыми в Вашем доме, и дадут возможность проведения самостоятельной «прикидки» требуемых киловатт.
    Для самостоятельного расчета требуемой электрической мощности на Ваш дом, приводим таблицу «Ведомость потребителей электроэнергии (ориентировочная)» (Таблица № 1).

Таблица 1. Ведомость потребителей электроэнергии (ориентировочная).
Наименование оборудования Рн, кВт (за ед.) Uн, В сети
Лампа накаливания 0.5 220
Лампа люминесцентная 0,04 220
Лампа светодиодная 0,02 220
Лампа галогенная 0,04 220
Розеточное место 0,1 220
Холодильник 0,5 220
Электроплита 4 220
Кухонная вытяжка 0,3 220
Посудомоечная машина 1,5 220
Измельчитель отходов 0,4 220
Электроподжиг плиты 0,1 220
Аэрогриль 1,2 220
Чайник 2,3 220
Кофемашина 2,0 220
Стиральная машина 1,5
220
Духовой шкаф 1,2 220
Посудомоечная машина 1,2 220
СВЧ-печь 1,3 220
Гидромассажная ванна 0,6 220
Сауна 6,0 380
Котел электрический 12 380
Котел газовый 0,2 220
Насосное оборудование котельной 0,8 220
Система химводоподготовки 0,2 220
Привод ворот 0,4 220
Телевизор «Плазма» 0,4 220
Освещение улицы 1,0 220
Компьютерное место 0,9 220
Электрический теплый пол 0,8 220
Септик 0,65 220
Канализационно-напорная станция 1,5 220-380
Кондиционер 1,5 220
Вентиляционная установка 2,5 220-380
Сауна 7 220-380
Электрокамин 0,3 220
Проводы рольставен 0,3 220
Электрические полотенцесушители 0,75 220
Парогенератор 1,5 380
Скважный насос 2 220-380

Кроме данных, приведенных в таблице 1, для расчета также понадобится коэффициент спроса, значение которого четко определено нормативными документами и приведено в таблице № 2.

Таблица 2. Коэффициенты спроса (по нормативам).

Заявленная мощность, кВт до 14 20 30 40 50 60 70 и более
Коэффициент спроса 0,8 0,65 0,6 0,55 0,5 0,48 0,45

Для того, чтобы самостоятельно рассчитать примерную потребляемую мощность, необходимо выбрать из списка потребителей, которые планируются к использованию и просуммировать их (предварительно умножив каждую позицию на количество потребителей одного типа). Далее необходимо умножить полученную сумму на коэффициент одновременного использования, который зависит от потребляемой мощности (таблица № 2). Пример: если сумма потребителей у вас получилась 32,8 кВт, то по таблице № 1 коэффициент спроса будет равен 0,6. Умножив 32,8 кВт на 0,6, получим ориентировочное значение потребляемой мощности (на дом) 19,68 кВт.
  • Округлить результат в большую сторону и добавить 10–20% . Это нужно, чтобы системе не пришлось работать при пиковых нагрузках. Ведь результаты расчетов дают лишь общее представление о том, какая электрическая мощность необходима для дома. Не забывайте, что помимо освещения дома следует «просчитать» мощность ламп для освещения придомовой территории.
  • Мощность КТП (комплектной трансформаторной подстанции) измеряется в кВА.
В чем отличие кВт от кВа Ответ:

Многие пишут достаточно сложно. Для простототы восприятия скажу что основным отличием является то что кВт как единица измерения принята в основном для электродвигателей, чтобы перевести кВа в кВт, нужно из кВа вычесть 20% и мы получим кВт с небольшой погрешностью, которой можно пренебречь. Например 1 кВа будет приблизительно равен 0,8 кВт.

Формула мощности электрического тока. Как найти, вычислить, рассчитать мощность.

 

 

 

Тема: по какой формуле можно найти электрическую мощность, как ее узнать.

 

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.

 

 

Как рассчитать электрическую мощность | Синтезгаз

Электрическая мощность

Если появилась необходимость в обеспечении стабильной работы электрооборудования и для этого планируется приобретение источника бесперебойного питания, стабилизатора напряжения, электрогенератора или миниэлектростанции, то сначала нужно рассчитать суммарную мощность одновременно включаемых потребителей (оборудования).

При возникновении такой задачи, не сведущим в электротехнике людям порой довольно сложно разобраться в указанных на оборудовании различных числах, измеряемых в Вт или ВА, и каком-то cosφ. Обозначают эти величины полную и полезную мощность, которые связаны между собой посредством cosφ.

Определение электрической мощности потребителей заключается в расчете общей полной (суммарной) электрической мощности всего подключаемого электрооборудования. Единицей измерения полной мощности выступает вольт-ампер (ВА, VA).

Поскольку основная часть потребители электроэнергии является устройствами переменного тока, то для подсчета их полной мощности используется концепция реактивной и активной мощности, которая не актуальна для для оборудования, использующего постоянный ток. Так же следует помнить, что в момент включения оборудования с электродвигателем потребляемая мощность будет в несколько раз превышать указанною в технических характеристиках, из-за возникновения пусковых (пиковых) токов.

Принципиальное различие между активной и реактивной мощностью заключается в том, что в первом случае практически вся потребляемая электроэнергия используется на выполнение полезной работы, во втором случае часть потребляемой электроэнергии расходуется на создание электромагнитных полей, не связанных с выполнением полезной работы.

Активная мощность P (active power, true power, real power) потребляется электросопротивлением устройства, поэтому ее еще называют резистивная или омическая. Эта мощность преобразуется в полезную световую, тепловую, механическую и другие виды энергии.

Активная нагрузка – это осветительные и электронагревательные приборы: лампы накаливания, теплые полы, утюги, электрочайники, электроплиты и т.д. Единицей измерения активной мощности является ватт (Вт, W). Коэффициент перевода Вт в ВА в данном случае можно считать равным единице, то есть общую мощность потребителей этого типа определяют суммированием паспортных значений в ваттах.

То есть, если, например, необходимо учитывать одновременную работу освещения из четырех ламп накаливания по 60 Вт и электроконвектора паспортной мощностью в 2 кВт выполняем простую операцию: 60 х 4 + 2000 = 2240 Вт или практически 2240 ВА.

Реактивная мощность Q (reactive power) – это понятие обозначает ту часть электроэнергии (реактивная составляющая), которая расходуется на создания переменных электромагнитных полей, возникающих при переходных процессах в оборудовании, имеющем в своем составе индуктивные и/или емкостные составляющие (катушки индуктивности, конденсаторы и т.п.).

Реактивная мощность неизбежно присутствует при работе электродвигателей, трансформаторов и, в то же время, она не выполняет полезной работы, но создает дополнительную нагрузку на электросеть. Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивной мощности (ВАр, VAr).

Обычно в технических характеристиках электрооборудования с реактивной мощностью (пылесосы, холодильники, микроволновые печи, стиральные машины, кондиционеры, люминесцентные лампы, электродрели, сварочные аппараты и т. д.) указывается его активная мощность в Вт и cosφ – коэффициент мощности (power factor, PF).

Значение cosφ указывает на ту часть потребляемой электроэнергии, которая преобразуется в активную мощность (при cosφ = 0,7, например, 70% «уйдет» на выполнение полезной работы, а оставшиеся 30% составят реактивную мощность). То есть, если в техническом паспорте холодильника указана мощность 700 Вт и cosφ = 0,6, то его полная мощность будет равна 750/0,6 = 1250 ВА.

Помимо активной и реактивной мощности, для оборудования, имеющего в своей конструкции электродвигатель, необходимо принимать во внимание возникающие при его запуске пусковые или пиковые токи, в несколько раз превышающие номинальное значение. Несмотря на кратковременность (от долей до нескольких секунд), они оказывают существенное влияние на работу миниэлектростанций (электрогенераторов), стабилизаторов и источников бесперебойного питания.

Многие производители игнорируют этот параметр в технических характеристиках выпускаемого оборудования и его приходиться уточнять у консультанта при покупке или в сервисном центре. Измерить значение пускового тока бытовым прибором не представляется возможным, поэтому, в крайнем случае, можно использовать усредненные значения коэффициентов пускового тока (ввиду приблизительности эти величины могут не отражать реальной ситуации).

ОборудованиеКоэффициент
пускового тока
ОборудованиеКоэффициент
пускового тока
Телевизор, пылесос1Циркулярная пила2
Компьютер2Электропила2
СВЧ-печь2Электрорубанок2
Стиральная машина3Болгарка (УШМ)2
Кондиционер5Дрель/Перфоратор3
Холодильник4Бетономешалка3
Электромясорубка7Погружной насос7

То есть для окончательного определения электрической мощности такого потребителя, как упоминавшийся выше холодильник, необходимо полученное ранее значение 1250 ВА умножить на коэффициент пускового тока и наши скромные паспортные 700 Вт превратятся в 1250 х 4 = 5000 ВА.

Различия в коэффициентах пускового тока обусловлены условиями работы электродвигателя после момента включения. Так двигатель холодильника или погружного насоса помимо выхода на рабочие обороты должен сразу после включения начать качать соответственно хладагент или воду, поэтому сопротивление движению изначально максимально. А у дрели или пылесоса за счет холостого хода при разгоне двигателя сопротивление движению нарастает плавно.

Большие пусковые токи при включении имеют и лампы накаливания, поскольку сопротивление холодной спирали в несколько раз ниже, чем раскаленной. Коэффициент пускового тока в этом случае может равняться 5 – 13, но ввиду кратковременности (0,05 – 0,30 секунд) его можно не учитывать для нескольких ламп, но на производстве, где их количество может достигать сотен, пренебречь возникающими скачками тока уже не удастся. Для люминесцентных ламп с электронным поджигом коэффициент пускового тока равен 1,1 – 2,0.

Комментарии:

Хронология водородных топливных элементовЧистая окружающая среда или сланцевый газ

Как рассчитать мощность электроэнергии для дома - Про дизайн и ремонт частного дома

За электроэнергию нужно платить, так же как и за любые другие ресурсы и услуги. Чтобы не дать себя обмануть при оплате, нужно научиться рассчитывать ее расход. Для этого есть специальные приборы, например, индивидуальный счётчик, который установлен в каждом доме или квартире. Однако он показывает общее потребление, а как рассчитать расход электричества отдельным прибором мы расскажем в этой статье.

Мощность, напряжение и ток

Основными характеристиками электроприборов являются напряжение, ток и мощность. При этом на корпусе либо в паспорте прибора могут указываться либо все три параметра, либо в избирательном порядке. В России и ближнем зарубежье используются электроприборы, рассчитанные под напряжение электросети 220В переменного тока, в Америке, для сравнения, может быть напряжение 110 или 120В.

Ток измеряется в Амперах (А), напряжение в Вольтах (В), а мощность в Ваттах (Вт) (смотрите — Сколько в ампере ватт, как перевести амперы в ватты и киловатты). Если прибор маломощный — скорее всего мощность будет указана в Ваттах, для мощных потребителей, типа стиральной машины или кухонной электроплиты, указывают обычно в киловаттах (кВт). 1кВт = 1000Вт.

В паспорте прибора, в зависимости от конкретного случая, в явном виде мощность вообще может не указываться, а указываться потребление электроэнергии за какой-то период, например кВт в год или в день или за другой промежуток времени.

Итак, вы оплачиваете счета за электроэнергию согласно потребленными кВт/ч. Давайте более подробно рассмотрим, что такое киловатт часы и как их рассчитать.

Электросчетчик

Сейчас в каждой квартире установлен прибор учета электроэнергии или, говоря простыми словами, электросчетчик. На современных моделях есть дисплей, на котором указано количество кВт/ч, которое вы потребили с момента его установки.

На старых моделях это указывается на механическом дисплее-индикаторе из вращающихся барабанчиков с нанесенными на них цифрами.

Вы можете узнать потребление электроэнергии с помощью счетчика, если отключите все потребители и оставите тот, который вас интересует, например на 1 час, тогда вы сможете узнать, сколько Вт/ч или кВт/ч он потребляет. Но такой метод не всегда удобен и возможен.

На большинстве счетчиков крайняя правая цифра обычно либо отделяется запятой, либо выделяется другим цветом, либо обозначается другим способом. Это десятая часть киловатта, при снятии показаний для оплаты она не учитывается.

Также стоит отметить, что далеко не все электрооборудование потребляет указанную в документации мощность в течение всего времени работы. Это связано с режимом работы. Например, стиральная машина потребляет ток в зависимости от того включен ли нагрев, работает ли насос, с какой скоростью вращается двигатель и так далее.

Немного позже мы рассмотрим простой способ определить реальный расход такого оборудования.

Расход электроэнергии по мощности

Если вам известна электрическая мощность прибора, то для расчетов расхода электричества нужно умножить мощность на количество часов. Приведем пример, допустим, у нас есть 2 лампочки — 100 и 60Вт и электрочайник мощностью 2.1 кВт. В день лампочки светят около 6 часов, а чайник закипает 5 минут, пьете чай вы 4 раза в день, значит, всего он работает 20 минут в день.

Рассчитаем расход электроэнергии все этим оборудованием.

Электрочайник работает 20 минут в день, так как нам нужно перевести в часы, то это 1/3 часа, тогда:

Переведем в кВт/ч:

В день этот набор электрооборудования расходует 1.66 кВт/ч.

Теперь можно посчитать, сколько денег вы тратите на его работу в день, неделю, месяц. Для этого умножим на тариф, например 4 рубля за 1 кВт/ч

Итого стоимость работы перечисленного оборудования равна:

Как перевести амперы в киловатты?

В случаях, когда в данных о параметрах электроприбора указаны только напряжение и ток типа:

Нужно перед расчетом потребления вычислить мощность, для этого воспользуемся формулой: P=U*I

Если не вдаваться в подробности — это верно для нагрузки с cosФ равным единице, собственно и для большей части бытового электрооборудования. Дальнейшие расчёты аналогичны предыдущим.

Как узнать реальное потребление электроэнергии прибором?

Расчёты не покажут реальных значений, чтобы их узнать, нужно просто произвести измерения. Наиболее верным способом является использовать счётчик электроэнергии. Самым удобным вариантом является использование специального счётчика для розетки.

Их ещё называют энергометром или ваттметром, возможно, это поможет вам найти прибор в продаже.

Что может энергометр? Это универсальный измерительный прибор, обладающий следующим набором функций:

Измерение мощности потребляемой в данный момент.

Измерение потребления за промежуток времени.

Измерение ток и напряжения.

Расчёт расходов при заданных вами тарифах.

То есть вам нужно просто вставить его в розетку, а прибор, потребление которого нужно определить просто, подключить в розетку расположенную на энергометре. После этого вы можете наблюдать, как изменяется потребляемая мощность в процессе работы и сколько потребляется за один рабочий цикл.

Пример использования розеточного счетчика для определения расхода электроэнергии холодильником, изображен на видео.

Заключение

Расчёт расхода электроэнергии может понадобиться в ряде ситуаций, например для проверки потребления новым оборудованием, или при совместном использовании мощных потребителей с соседей для равной её оплаты. Лучшим способом является установка индивидуального счетчика на прибор или его розеточную версию, как было описано выше.

Статьи

Дата публикации: 17 февраля 2017 .

Первая задача, которую предстоит решить для электрификации коттеджа, это согласование его электрической мощности. Сколько может выделить местная электросеть и сколько нужно вам? Как провести расчет и не ошибиться? Чтобы в доме не отказывать себе в привычном «городском» комфорте, нужно запросить в местной электросети достаточную суммарную мощность. Потребности дома и возможности сети Далеко не всегда совпадают. Часто изношенное и устаревшее оборудование или жесткие лимиты на потребление электроэнергии, установленные для данного населенного пункта просто не позволяют выделить вам больше 10–15 кВт. Иными словами, домовладельца лишают возможности пользоваться многими электроприборами. Но если в администрации спрашивают, сколько киловатт вам требуется, вы должны быть готовы дать правильный и аргументированный ответ. Мощность бытовых электроприборов указывается в описании, прилагаемом к каждому из них, либо на задней стенке или днище устройства. Например, утюг потребляет в среднем 0,75 кВт/ч, стиральная и посудомоечная машины, а также печь СВЧ – порядка 1 кВт/ч. Накопительному электрическому водонагревателю потребуется 2–6 кВт/ч, а его проточному аналогу – 15–20 кВт/ч. Порядок действий:

  • Узнать о возможностях местной сети еще до покупки дома или участка. Для этого обращаются в производственно-технический отдел сетевой организации. Может быть, подстанция находится так далеко, а качество энергии настолько плохое, что от покупки придется отказаться. Либо решать вопрос, по карману ли вам строительство собственной подстанции, покупка дополнительного трансформатора или протягивание сотен метров проводов большего сечения. Согласовать выделяемую мощность. В идеале нужно было бы сначала заказать проект электроустановки дома в специальной проектной организации. В этом проекте специалисты как раз учитывают все электрооборудование дома и режим его работы. Однако реалии таковы, что приходится сначала согласовывать выделяемую мощность, а уже потом обращаться в проектное бюро за составлением проекта.
  • Для согласования пишут техническое задание. С этим заданием нужно обратиться в производственно-технический отдел сетевой организации. Именно на его основе местные специалисты выдадут вам технические условия на подключение дома к линии и определят доступную для него мощность электросети. В техническом задании приводят предварительный расчет. Чтобы рассчитать примерную необходимую мощность электросети, нужно сложить потребляемую мощность всей электротехники (освещения, бытовых приборов, силового оборудования), которую предполагается эксплуатировать. Главное, ничего не забыть и рассчитать все правильно, иначе выделенная сетевой организацией электрическая мощность дома окажется недостаточной. Расчет мощности сети. Пример расчета мощности освещения: в комнате используется 25 точечных светильников, в которых установлены 40-ваттные лампы накаливания. Умножаем 25 на 40 и получаем суммарную потребляемую мощность для освещения в данной комнате — 1 кВт/ч. Таким же образом считаем показатели для всех комнат и суммируем их. Полученная в итоге цифра покажет, сколько киловатт-час потребуется для освещения в доме. Сложить потребляемую мощность освещения, бытовых приборов и силового оборудования. Именно из этих данных получается электрическая мощность дома. Потребляемая мощность электрооборудования указана на каждом приборе. Чтобы посчитать мощность освещения, нужно перемножить число лампочек в каждом помещении на их предполагаемую мощность. Учесть все мелочи. Не забудьте про то, что определенная электрическая мощность нужна не только отопительному котлу, теплым полам, душевой гидромассажной кабине или «готовой» сауне. Постарайтесь учесть все вплоть до таких мелочей, как электророзжиг плиты, приводы для роль-ставен и ворот.
  • Проект электрификации дома даёт приблизительное представление относительно потребляемой мощности. Однако часто полезно знать ориентировочную цифру потребляемой мощности и до заказа проекта отказаться от некоторых потребителей энергии, бытовых электрических приборов. Ориентировочность данные потребляемой мощности приведены в таблицы. Взяты они из технических паспортов на специальное оборудование. Для каждого потребителя электроэнергии, бытового электроприбора приведен примерный показатель потребляемой мощности, а также параметры напряжения электросети (однофазная сеть переменного тока — 220В, трехфазная — 380В). Следующим этапом является умножение полученной суммы на коэффициент одновременного пользования, зависящего от потребляемой мощности. Для примера стоит сказать следующее: при получении суммы потребителей, равной 32,8 кВт, таблица №1 иллюстрирует, что коэффициент спроса равен 0,6. Произведение 32,8 кВт на коэффициент 0,6 позволяет получить ориентировочный показатель мощности, которая будет потребляться домом, то есть 19,68 кВт. Самостоятельный предварительный расчет потребляемой электрической мощности дома. Основным показателем, рассчитываемым в проекте электрики частного дома, является общая потребляемая мощность. Заказав проект электрики, владелец частного дома обязательно получит цифру потребляемой мощности, которая будет в нем указана. Но часто бывает полезно понять ориентировочную потребляемую мощность еще до заказа проекта. Предварительный расчет поможет Вам определиться с величиной покупаемой мощности (если есть различные предложения), а также осмысленно подойти к своим потребностям в части энергопотребления. Иногда бывает выгоднее отказаться от некоторых потребителей электроэнергии, чем платить за лишние киловатты. Основой расчета общей потребляемой мощности частного дома, выполняемого в ходе проектирования электрики, являются нагрузки оконечных потребителей электроэнергии. Именно данные о примерном потреблении электричества элементами освещения, силовым оборудованием и бытовыми приборами, используемыми в Вашем доме, и дадут возможность проведения самостоятельной «прикидки» требуемых киловатт. Для самостоятельного расчета требуемой электрической мощности на Ваш дом, приводим таблицу «Ведомость потребителей электроэнергии (ориентировочная)» (Таблица № 1).

Таблица 1. Ведомость потребителей электроэнергии (ориентировочная).

Наименование оборудования Рн, кВт (за ед.) Uн, В сети
Лампа накаливания 0.5 220
Лампа люминесцентная 0,04 220
Лампа светодиодная 0,02 220
Лампа галогенная 0,04 220
Розеточное место 0,1 220
Холодильник 0,5 220
Электроплита 4 220
Кухонная вытяжка 0,3 220
Посудомоечная машина 1,5 220
Измельчитель отходов 0,4 220
Электроподжиг плиты 0,1 220
Аэрогриль 1,2 220
Чайник 2,3 220
Кофемашина 2,0 220
Стиральная машина 1,5 220
Духовой шкаф 1,2 220
Посудомоечная машина 1,2 220
СВЧ-печь 1,3 220
Гидромассажная ванна 0,6 220
Сауна 6,0 380
Котел электрический 12 380
Котел газовый 0,2 220
Насосное оборудование котельной 0,8 220
Система химводоподготовки 0,2 220
Привод ворот 0,4 220
Телевизор «Плазма» 0,4 220
Освещение улицы 1,0 220
Компьютерное место 0,9 220
Электрический теплый пол 0,8 220
Септик 0,65 220
Канализационно-напорная станция 1,5 220-380
Кондиционер 1,5 220
Вентиляционная установка 2,5 220-380
Сауна 7 220-380
Электрокамин 0,3 220
Проводы рольставен 0,3 220
Электрические полотенцесушители 0,75 220
Парогенератор 1,5 380
Скважный насос 2 220-380

Кроме данных, приведенных в таблице 1, для расчета также понадобится коэффициент спроса, значение которого четко определено нормативными документами и приведено в таблице № 2.

Таблица 2. Коэффициенты спроса (по нормативам).

Заявленная мощность, кВт до 14 20 30 40 50 60 70 и более
Коэффициент спроса 0,8 0,65 0,6 0,55 0,5 0,48 0,45

Для того, чтобы самостоятельно рассчитать примерную потребляемую мощность, необходимо выбрать из списка потребителей, которые планируются к использованию и просуммировать их (предварительно умножив каждую позицию на количество потребителей одного типа). Далее необходимо умножить полученную сумму на коэффициент одновременного использования, который зависит от потребляемой мощности (таблица № 2). Пример: если сумма потребителей у вас получилась 32,8 кВт, то по таблице № 1 коэффициент спроса будет равен 0,6. Умножив 32,8 кВт на 0,6, получим ориентировочное значение потребляемой мощности (на дом) 19,68 кВт.

  • Округлить результат в большую сторону и добавить 10–20% . Это нужно, чтобы системе не пришлось работать при пиковых нагрузках. Ведь результаты расчетов дают лишь общее представление о том, какая электрическая мощность необходима для дома. Не забывайте, что помимо освещения дома следует «просчитать» мощность ламп для освещения придомовой территории.
  • Мощность КТП (комплектной трансформаторной подстанции) измеряется в кВА.

В чем отличие кВт от кВа Ответ:

Многие пишут достаточно сложно. Для простототы восприятия скажу что основным отличием является то что кВт как единица измерения принята в основном для электродвигателей, чтобы перевести кВа в кВт, нужно из кВа вычесть 20% и мы получим кВт с небольшой погрешностью, которой можно пренебречь. Например 1 кВа будет приблизительно равен 0,8 кВт.

Как рассчитать мощность электроэнергии для дома

ИНСТРУКЦИЯ
ПО РАСЧЕТУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

1. РАЗРАБОТАНА Московским научно-исследовательским и проектным институтом типологии, экспериментального проектирования (МНИИТЭП). Авторы — инженеры: Кузилин А.В., Савинкин В.Ф.

2. ПОДГОТОВЛЕНА к утверждению и изданию Управлением перспективного проектирования и нормативов Москомархитектуры; инженеры: Ионин В.А., Щипанов Ю.Б.

3. СОГЛАСОВАНА Мосгосэнергонадзором, УГПС ГУВД г.Москвы

4. УТВЕРЖДЕНА И ВВЕДЕНА В ДЕЙСТВИЕ с 15 июля 1999 г. указанием Москомархитектуры от 01.07.99 N 27.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая Инструкция распространяется на определение расчетных нагрузок в различных элементах внутридомовых электрических сетей, а также на вводе в жилой дом и на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции (ТП) при проектировании вновь строящихся, реконструируемых и модернизируемых многоквартирных жилых домов I и II категории согласно МГСН 3.01-96 «Жилые здания».

1.2. Жилые дома I категории не имеют верхнего ограничения уровня электрификации быта, который определяется заказчиком.

В состав электроприемников жилых домов I категории кроме традиционного набора электроприемников, принятого для жилых домов II категории (см. п.1.3), могут входить в различных сочетаниях сауны, электроводонагреватели, кондиционеры, электроподогрев полов, электроотопительные приборы, душевые кабины с электроподогревом и т.п.

1.3. Жилые дома II категории имеют два уровня электрификации быта: с газовыми плитами и с электроплитами для пищеприготовления.

В состав электроприемников квартир II категории входят: освещение, розеточная сеть, электроплита (для домов с электроплитами), стиральная машина с электроподогревом, телерадиоаппаратура, бытовой прибор мощностью до 2,2 кВт, пылесос, холодильник.

2. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ КВАРТИР ЖИЛЫХ ДОМОВ II КАТЕГОРИИ

2.1 Расчетную нагрузку питающих линий, вводов и на шинах 0,4 кВ ТП от электроприемников квартир следует определять по формуле:

где — удельная нагрузка электроприемников квартир, принимаемая по табл.2.1. в зависимости от количества квартир, присоединенных к линии (вводу ТП), типа кухонных плит и общей площади квартир.

— — количество квартир, имеющих одинаковую общую площадь.

— — повышающие коэффициенты для квартир площадью более 60 м определяется в соответствии с примечанием 3 к табл.2.1.

Удельная расчетная нагрузка электроприемников,
кВт/квартиру при количестве квартир

С плитами на природном газе

С электрическ. плитами мощностью до 9 кВт

1. Удельные расчетные нагрузки для числа квартир, не указанного в таблице, определяются путем интерполяции.

2. Удельные расчетные нагрузки квартир учитывают нагрузку освещения общедомовых помещений. Для выбора приборов учета и аппаратов защиты общедомовых потребителей суммарную расчетную нагрузку освещения общедомовых помещений рекомендуется определять по формуле:

где — расчетные нагрузки освещения лестничных клеток, лифтовых холлов, коридоров, вестибюля;

— расчетная нагрузка освещения мусороуборочных камер, чердаков, техподполий, подвалов, колясочных и т.п.

Расчетную нагрузку групповых сетей освещения общедомовых помещений следует определять по светотехническому расчету с коэффициентом спроса равным единице.

3. Удельные расчетные нагрузки приведены для квартир общей площадью 60 м . При общей площади квартир более 60 м удельную нагрузку следует увеличивать на 1% на каждый квадратный метр дополнительной площади в домах с плитами на природном газе и на 0,5% в домах с электрическими плитами. В обоих случаях увеличение удельной нагрузки не должно превышать 25% значений, приведенных в таблице 2.1.

4. Для выбора приборов учета и аппаратов защиты на вводе в квартиры следует принимать следующие значения расчетных нагрузок:

для домов с газовыми плитами — 5,5-7,0 кВт/квартиру;

для домов с электроплитами — 8,8-11 кВт/квартиру.

Меньшие значения принимаются для жилых домов с квартирами категории комфорта, проектируемых по нижним пределам, строящихся в соответствии с постановлением правительства Москвы N 325 от 13.04.99.

Расчет нагрузки линии к электроплите рекомендуется производить из расчета 7 кВт.

5. Для жилых домов с покомнатным расселением семей, в квартире удельную расчетную нагрузку следует определять с коэффициентом 1,5 при количестве семей до 3 и с коэффициентом 2 при количестве семей 4 и более.

6. Удельные расчетные нагрузки не учитывают общедомовую силовую нагрузку, осветительную и силовую нагрузку встроенных (пристроенных) помещений, а также применение в квартирах электроприборов, указанных в п.1.2.

7. Для определения при необходимости величины утреннего или дневного максимума нагрузок необходимо применять коэффициенты: 0,7 — для домов с электрическими плитами и 0,5 — для домов с плитами на газе от вечернего максимума.

8. Нагрузку на шинах 0,4 кВ ТП в период летнего максимума можно определить умножением зимнего максимума на коэффициенты: 0,8 — для домов с электрическими плитами и 0, 7 — для домов с плитами на газе.

3. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ КВАРТИР ЖИЛЫХ ДОМОВ І КАТЕГОРИИ

3.1. Расчетная нагрузка на вводе в квартиру для жилых домов I категории определяется в соответствии с заданием на проектирование или может быть определена по формуле

где — заявленная мощность электроприемников в квартире, которую следует определять суммированием номинальных мощностей электробытовых и осветительных приборов, а также розеточной сети. Удельную мощность на одну розетку следует принимать равной 100 Вт.

— коэффициент спроса, определяемый по таблице 3.1 в зависимости от заявленной мощности в квартире.

Электрическая мощность дома

Первая задача, которую предстоит решить для электрификации коттеджа, это согласование его электрической мощности. Сколько может выделить местная электросеть и сколько нужно вам? Как провести расчет и не ошибиться?

На фото:

Чтобы в загородном доме не отказывать себе в привычном «городском» комфорте, нужно запросить в местной электросети достаточную суммарную мощность.

Потребности дома и возможности сети

Далеко не всегда совпадают. Часто изношенное и устаревшее оборудование или жесткие лимиты на потребление электроэнергии, установленные для данного населенного пункта просто не позволяют выделить вам больше 10–15 кВт. Иными словами, домовладельца лишают возможности пользоваться многими электроприборами. Но если в администрации спрашивают, сколько киловатт вам требуется, вы должны быть готовы дать правильный и аргументированный ответ.

Мощность бытовых электроприборов указывается в описании, прилагаемом к каждому из них, либо на задней стенке или днище устройства. Например, утюг потребляет в среднем 0,75 кВт/ч, стиральная и посудомоечная машины, а также печь СВЧ – порядка 1 кВт/ч. Накопительному электрическому водонагревателю потребуется 2–6 кВт/ч, а его проточному аналогу – 15–20 кВт/ч.

На фото: Емкостный электроводонагреватель eloSTOR VEH 200-400 от Vaillant. Мощность от 2 до 7,5 кВт.

Порядок действий

Узнать о возможностях местной сети еще до покупки дома или участка. Для этого обращаются в производственно-технический отдел сетевой организации. Может быть, подстанция находится так далеко, а качество энергии настолько плохое, что от покупки придется отказаться. Либо решать вопрос, по карману ли вам строительство собственной подстанции, покупка дополнительного трансформатора или протягивание сотен метров проводов большего сечения.

Согласовать выделяемую мощность. В идеале нужно было бы сначала заказать проект электроустановки дома в специальной проектной организации. В этом проекте специалисты как раз учитывают все электрооборудование дома и режим его работы. Однако реалии таковы, что приходится сначала согласовывать выделяемую мощность, а уже потом обращаться в проектное бюро за составлением проекта.

Для согласования пишут техническое задание. С этим заданием нужно обратиться в производственно-технический отдел сетевой организации. Именно на его основе местные специалисты выдадут вам технические условия на подключение дома к линии и определят доступную для него мощность электросети.

В техническом задании приводят предварительный расчет. Чтобы рассчитать примерную необходимую мощность электросети, нужно сложить потребляемую мощность всей электротехники (освещения, бытовых приборов, силового оборудования), которую предполагается эксплуатировать. Главное, ничего не забыть и рассчитать все правильно, иначе выделенная сетевой организацией электрическая мощность дома окажется недостаточной.

Расчет мощности сети

Пример расчета мощности освещения: в комнате используется 25 точечных светильников, в которых установлены 40-ваттные лампы накаливания. Умножаем 25 на 40 и получаем суммарную потребляемую мощность для освещения в данной комнате — 1 кВт/ч. Таким же образом считаем показатели для всех комнат и суммируем их. Полученная в итоге цифра покажет, сколько киловатт-час потребуется для освещения в доме.

На фото: Встраиваемый светильник Coupè F от фабрики De Majo.

Сложить потребляемую мощность освещения, бытовых приборов и силового оборудования. Именно из этих данных получается электрическая мощность дома. Потребляемая мощность электрооборудования указана на каждом приборе. Чтобы посчитать мощность освещения, нужно перемножить число лампочек в каждом помещении на их предполагаемую мощность.

Учесть все мелочи. Не забудьте про то, что определенная электрическая мощность нужна не только отопительному котлу, теплым полам, душевой гидромассажной кабине или «готовой» сауне. Постарайтесь учесть все вплоть до таких мелочей, как электророзжиг плиты, приводы для роль-ставен и ворот.

Округлить результат в большую сторону и добавить 10–20% . Это нужно, чтобы системе не пришлось работать при пиковых нагрузках. Ведь результаты расчетов дают лишь общее представление о том, какая электрическая мощность необходима для дома.

На фото:

Не забывайте, что помимо освещения дома следует «просчитать» мощность ламп для освещения придомовой территории.

Если результат превзойдет возможности сети?

Дизельный генератор обеспечит дополнительное автономное электроснабжение.

Расчет с учетом коэффициента использования. Не все электроустройства в доме обычно работают одновременно. Поэтому для более точного расчета электрической мощности дома результат умножают на коэффициент использования. Точно рассчитать коэффициент использования может только специальное проектное бюро. При предварительном подсчете его оставляют равным единице.

Грамотно составленный проект поможет снизить коэффициент использования. Для этого в проект, в частности, включают: переключатель синхронных нагрузок, систему «умный дом», продуманное использование дневного и ночного трафиков, включение энергосберегающих режимов.

Модернизация общей сети за свой счет. Иногда это единственно возможный способ выделить дому достаточную электрическую мощность. В технических условиях подключения, выданных сетевой организацией, будет подробно расписано, какое оборудование (трансформатор, подстанцию, новые провода) вам придется купить.

Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

U=Aq, где \(U\) — напряжение, \(А\) — работа тока, \(q\) — электрический заряд.

Таким образом:

Напряжение на концах участка цепи численно равно работе, которая совершается при прохождении по этому участку электрического заряда в \(1\) Кл.

При прохождении по этому же участку электрического заряда, равного не \(1\) Кл, а, например, \(10\) Кл, совершённая работа будет в \(10\) раз больше.
Это означает, что, чтобы определить работу электрического тока на каком-либо участке цепи, надо напряжение на концах этого участка цепи умножить на электрический заряд, прошедший по нему: A=U⋅q.
Для выражения любой из величин можно использовать приведённые ниже рисунки.


 

Электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения: q=I⋅t. Используя это соотношение и подставляя его в формулу A=U⋅q, получим формулу для нахождения работы электрического тока: A=U⋅I⋅t.

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.

 


Как известно, работу измеряют в джоулях, напряжение — в вольтах, силу тока — в амперах, а время — в секундах.

 

Тогда  1 джоуль = 1 вольт · 1 ампер · 1 секунду, или 1 Дж = 1 В · А ·С.


Из вышесказанного следует, что для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.


 

Например:

 

I = 1,2 АU = 5 Вt = 1,5 мин = 90 сА = U⋅I⋅t = 5⋅1,2⋅90 = 540 Дж 

 

Обрати внимание!

Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.

\(1\) кДж = 1000 Дж или \(1\) Дж = \(0,001\) кДж;
\(1\) МДж = 1000000 Дж или \(1\) Дж = \(0,000001\) МДж.

На практике работу электрического тока измеряют специальными приборами — счётчиками. Счётчики электроэнергии можно видеть в каждом доме.

 

 

Из курса физики известно, что мощность численно равна работе, совершённой в единицу времени: N = Аt. Следовательно, чтобы найти мощность электрического тока, надо его работу, A=U⋅I⋅t, разделить на время.

В отличие от механической мощности мощность тока обозначают буквой \(Р\):

P=At=U⋅I⋅tt=U⋅I. Отсюда следует:

Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока: P=U⋅I.

Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённые ниже рисунки.

 

 

За единицу мощности принят ватт: \(1\) Вт = \(1\) Дж/с.

 

Из формулы P=U⋅I следует, что


\(1\) ватт = \(1\) вольт х \(1\) ампер, или \(1\) Вт = \(1\) В ∙ А.


 

Обрати внимание!

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
\(1\) гВт = \(100\) Вт или \(1\) Вт = \(0,01\) гВт;
\(1\) кВт = \(1000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,001\) кВт;
\(1\) МВт = \(1 000 000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,000001\) МВт.

Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра.

 

 

Чтобы вычислить искомую мощность, необходимо напряжение умножить на силу тока. Значение силы тока и напряжение определяют по показаниям приборов.

 

I=1,2АU=5ВP =U⋅I=5⋅1,2=6Вт.

 

Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи. Они бывают аналоговые и цифровые. В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.

 

Аналоговый ваттметр

Аналоговый ваттметр

Аналоговый ваттметр

Цифровой ваттметр

 

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

 

 

 

Сила тока в лампочке мощностью \(25\) ватт будет составлять \(0,1\) А. Лампочка мощностью \(100\) ватт потребляет ток в четыре раза больше — \(0,4\) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно \(220\) В. Легко можно заметить, что лампочка в \(100\) ватт светится гораздо ярче, чем \(25\)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в \(4\) раза больше, потребляет в \(4\) раза больше тока. Значит: 

 

Обрати внимание!

Мощность прямо пропорциональна силе тока.

Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение \(110\) В и \(220\) В.


  

 

Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:

 

Обрати внимание!

Мощность зависит от напряжения.

Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:

 

I=0,2АU=110ВP=U⋅I=110⋅0,2=22ВтI=0,4АU=220ВP=U⋅I=220⋅0,4=88Вт.

 

Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в \(2\) раза мощность увеличивается в \(4\) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).


 

 

В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:

 

Название

Рисунок

Мощность

 Калькулятор

\(0,001\) Вт

 Лампы дневного света

\(15 — 80\) Вт

 Лампы накаливания

\(25 — 5000\) Вт

 Компьютер

\(200 — 450\) Вт

 Электрический чайник

\(650 — 3100\) Вт

 Пылесос

\(1500 — 3000\) Вт

 Стиральная машина

\(2000 — 4000\) Вт

 Трамвай

\(150 000 — 240000\) Вт

Источники:

Пёрышкин А. В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://уроки.мирфизики.рф/%d1%80%d0%b0%d0%b1%d0%be%d1%82%d0%b0-%d0%b8-%d0%bc%d0%be%d1%89%d0%bd%d0%be%d1%81%d1%82%d1%8c-%d1%8d%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d1%80%d0%b8%d1%87%d0%b5%d1%81%d0%ba%d0%be%d0%b3%d0%be-%d1%82%d0%be%d0%ba/

http://phscs.ru/physicsus/electric-power

http://class-fizika.narod.ru/8_34.htm

 

Как рассчитать необходимую мощность электрического щита

Зачем это нужно?

Расчёт мощности щитка необходимо выполнить для:

  • оптимального распределения нагрузки в существующих однофазных сетях с учётом сечения кабеля;
  • равномерного распределения нагрузки по фазам в трехфазной сети;
  • обнаружения «узких мест» сети для последующей модернизации;
  • подбора кабеля нужного диаметра для прокладки новой проводки; 
  • подбора защитного оборудования;
  • определения уровня затрат на электроэнергию.

Как видно из перечня, расчёт мощности является основополагающим при построении электросети и сборке электрощита.   

Теоретическая основа расчётов

Номинальная мощность электроприборов обычно указывается на шильдике на приборе или же в паспорте к нему. Если же мощность не указана, но есть показатель тока, то для расчёта применяется следующая формула:

P=I∙U, Вт

где I – сила тока, А 

U – напряжение в сети, В

Для определения суммарной мощности группы потребителей на одной линии применяется следующая формула:

Ррасчс123+…+Рn), Вт

Где с - коэффициент спроса,

Р1, Р2, Р3, Рn- номинальные мощности отдельных приборов, Вт

Коэффициент спроса указывает на возможность одновременного включения всех приборов линии. При одновременном включении всех устройств Кс=1. На практике это происходит редко, поэтому для жилых помещений коэффициент спроса принят на уровне 0,8 для 2х потребителей, 0,75 для 3х и 0,7 – 5 и более.  

Также при расчётах мощности нужно учитывать соотношение реактивной и активной составляющих сопротивления нагрузки (cos φ, Вт / ВА). 

Поэтому формула полной расчетной мощности будет выглядеть так:

Spрасч / cos φ , ВА

Где cos φ - коэффициент мощности. 

При расчёте мощности для жилого помещения этот коэффициент принимают равным 0,95 – 0,98. Если же планируется подключение приборов с большим индуктивным сопротивлением (например, компрессор, насос, электродрель, перфоратор), то в расчет нужно закладывать cos φ равный 0,8.

Именно этот показатель нужно использовать при построении сети, распределении нагрузки на фазы. Также на основании полученных данных производится вычисление расчётной величины силы тока:

Iрасч=SР / U, А

На основании этого показателя происходит подбор сечения кабеля для проводки, а также защитной автоматики для установки в щиток.

Пример расчёта мощности электрощита

Разберём подробнее расчёт на следующем примере.

Допустим, нужно подключить к щиту кухню, на которой предполагается использовать следующие приборы:

  • электропечь с духовкой, 8800 Вт;
  • микроволновка, 2200 Вт;
  • чайник, 2000 Вт;
  • мультиварка, 1000 Вт;
  • тостер, 750 Вт;
  • вытяжка, 400 Вт;
  • холодильник, 250 Вт.

Произведём расчёт общей мощности помещения. Для этого складываем показатели мощности всех приборов:

Робщ=8800+2200+2000+1000+750+400+250=15400 (Вт)

К линии планируется подключать все приборы, поэтому коэффициент спроса примем Кс=0,7. Расчётная мощность составит:

Ррасч=15400∙0,7=10780 (Вт)

Из перечня электроприборов видно, что в их числе нет устройств с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому cos φ можно взять одинаковый для всех – 0,98. Уточнить этот показатель для каждого прибора можно по справочным таблицам. Полная расчётная мощность с учётом cos φ составит:

SР=10780 / 0,98=11000 (ВА)

Также необходимо сделать вычисление силы тока:

Iрасч=11000 / 220=50 (А)

Вычисленные показатели используются для определения входящей мощности электрического щита, а также для определения параметров для вводного автомата и защитных устройств на вводе.   

Также нужно сделать вычисления по каждому отдельному потребителю. Это потребуется для равномерного распределения всех потребителей по фазам, определения нагрузки на каждую отдельную линию и подбор защитной автоматики для каждой из линий. Это удобно сделать в табличном документе Excel. 


Мощных потребителей нужно выводить отдельной линией соответствующего сечения кабеля и установкой на неё специальной силовой розетки и автомата подходящего по номиналу. Обычно для подключения розеток используется кабель сечением 2,5 мм2 и устанавливаются автоматические выключатели на 16 А. Поэтому нагрузку на розеточные линии следует распределить так, чтобы не превышать эти значения. В противном случае будет происходить постоянное срабатывание защитного автомата. При установке автомата большим номиналом будет происходить перегрузка проводки, что приведет к её перегреву и опасно возгоранием. 

В таблице цветами выделены отдельные линии, которые нужно предусмотреть при проектировании щита для подключения всех потребителей.   

Расчёт мощности щитка должен в обязательном порядке выполняться при проектировании проводки и самого щита. Без этих вычислений высока вероятность неэффективного использования или перегрузки линий электросети.

Оцените новость:

Как рассчитать необходимую мощность для подключения электричества

Покупая новые телевизоры, компьютеры, стиральные и посудомоечные машины и оборудуя городские квартиры системой «Теплый пол», мало кто задумывается о совокупной потребляемой мощности всего этого электрического оборудования, а ведь именно от этого напрямую зависит безопасность всей электросистемы и бесперебойность работы бытовых приборов. Поэтому, прежде чем построить собственный коттедж, сделать капитальный ремонт загородного дома или оборудовать квартиру новой техникой специалисты советуют составить грамотный проект по электрооснащению здания и тщательно рассчитать необходимую мощность энергопотребления.
Как же рассчитать требуемую вам мощность? Одинаковая ли мощность требуется для того, чтобы к электросети подключить коттедж и для того, чтобы подключить дачный участок? На самом деле ответ абсолютно не однозначный. Все зависит от видов используемого оборудования, его количества, потребляемой каждым устройством мощности и от грамотности организации системы электрообеспечения здания. Самый простой способ рассчитать мощность – составить подробный список всего оборудования и суммировать потребляемую мощность, которая обязательно указана на каждом электроприборе. Выполнив подобную работу, многие удивятся, какая мощность требуется даже в обычной городской квартире, оборудованной минимальным количеством техники. А если учесть, что выделяемая мощность в Москве обычно не превышает 5-10 кВт, а в элитных домах 15-25 кВт на квартиру, то становится непонятно, как же эта техника до сих пор работает! Представьте, какая же мощность нужна, чтобы подключить коттедж с бассейном, баней, круглосуточно работающей системой безопасности и электрическим приводом для открытия гаражных ворот – сумма мощностных показателей может зашкаливать за 200-300 кВт! И вот тут на первый план выходит грамотная организация энергообеспечения помещения, причем рассчитывать и продумывать всю систему необходимо еще на стадии проектирования дома или перед началом ремонтных работ.
 Во-первых, грамотный специалист обязательно просчитает не только потребляемую мощность оборудования, но и коэффициент использования. Обычно он равен единице, т.е. предполагается, что все оборудование в доме может работать одновременно. Но если установить переключатель синхронных нагрузок, который делит все подключенное оборудование на несколько групп, и при превышении заданного лимита потребляемой мощности отключает группы с низким приоритетом, то можно снизить коэффициент использования в среднем до 0,7, т.е. потребуется подключение мощности на треть меньше от первоначального значения. Кроме того, существуют системы «Умный дом», двухтарифные планы использования электроэнергии в дневное и ночное время, энергосберегающие режимы и т.д. Впрочем, даже при тщательно продуманной организации системы энергоснабжения, подключить коттедж или дом на нужную вам мощность достаточно сложно, так как обычно на каждый участок выделяется не более 2,5 – 10 кВт, что в 7-10 раз ниже требуемой мощности. В этом случае, достаточно удобно возмещать недостаток мощности за счет автономных дизельных генераторов или мини электростанций, которые не только обеспечат необходимые мощности, но и станут надежным резервным источником питания для вашего коттеджа.

 

Калькулятор мощности

Калькулятор энергопотребления: рассчитывает электрическую мощность / Напряжение / Текущий / сопротивление.

Калькулятор мощности постоянного тока

Введите 2 значений , чтобы получить другие значения, и нажмите кнопку Calculate кнопка:

Расчет мощности постоянного тока

Расчет напряжения (В) по току (I) и сопротивлению (R):

В (В) = I (А) × R (Ом)

Расчет комплексной мощности (S) из напряжения (В) и тока (I):

P (Ш) = В (В) × I (A) = В 2 (В) / R (Ом) = Я 2 (А) × R (Ом)

Калькулятор мощности переменного тока

Введите 2 величины + 2 фазовых угла , чтобы получить другие значения, и нажмите кнопку Calculate :

Расчет мощности переменного тока

Напряжение V в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на импеданс Z в омах (Ом):

В (В) = I (A) × Z (Ом) = (| I | × | Z |) ∠ ( θ I + θ Z )

Комплексная мощность S в вольтах (ВА) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A):

S (ВА) = В (В) × I (A) = (| V | × | I |) ∠ ( θ В - θ I )

Реальная мощность P в ваттах (Вт) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A), умноженному на коэффициент мощности (cos φ ):

P (Ш) = В (В) × I (А) × cos φ

Реактивная мощность Q в вольт-амперах, реактивная (VAR) равна напряжению V в вольтах (V), умноженному на ток I в амперах (A), на синусоиде комплексного фазового угла мощности ( φ ):

Q (VAR) = V (V) × I (A) × sin φ

Коэффициент мощности (FP) равен абсолютному значению косинуса комплексного фазового угла мощности ( φ ):

PF = | cos φ |

Калькулятор энергии и мощности

Введите 2 значения , чтобы получить другие значения, и нажмите кнопку Рассчитать :

Расчет энергии и мощности

Средняя мощность P в ваттах (Вт) равна потребляемой энергии E в джоулях (Дж), деленной на период времени Δ t в секундах (с):

P (Ш) = E (Дж) / Δ т (с)

Электроэнергия ►


См.

Также

Мощность | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте мощность, рассчитав изменения энергии во времени.
  • Изучите потребление энергии и расчеты стоимости потребляемой энергии.

Что такое мощность?

Рис. 1. Эта мощная ракета космического корабля «Индевор» действительно работала и потребляла энергию с очень высокой скоростью. (Источник: НАСА)

Power - это слово вызывает в воображении множество образов: профессиональный футболист, отталкивающий своего противника, драгстер, ревущий от стартовой линии, вулкан, выбрасывающий лаву в атмосферу, или взлетающая ракета, как на рисунке 1.

Эти образы силы объединяет быстрое выполнение работы, что соответствует научному определению мощности ( P ) как скорости выполнения работы.

Мощность

Мощность - это скорость выполнения работы.

[латекс] \ displaystyle {P} = \ frac {W} {t} \\ [/ latex]

В системе СИ для измерения мощности используется Вт (Вт), где 1 ватт равен 1 джоуль в секунду (1 Вт = 1 Дж / с).

Поскольку работа - это передача энергии, мощность - это также скорость, с которой энергия расходуется.Например, лампочка мощностью 60 Вт потребляет 60 Дж энергии в секунду. Большая мощность означает большой объем работы или энергии, выработанный за короткое время. Например, когда мощный автомобиль быстро разгоняется, он выполняет большой объем работы и потребляет большое количество топлива за короткое время.

Расчет мощности по энергии

Пример 1. Расчет мощности для подъема по лестнице

Какова выходная мощность для женщины весом 60,0 кг, которая преодолевает лестничный марш высотой 3,00 м за 3,50 с, начиная с состояния покоя, но имея конечную скорость 2?00 м / с? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Когда эта женщина бежит наверх, начиная с отдыха, она преобразует химическую энергию, исходную из пищи, в кинетическую энергию и потенциальную энергию гравитации. Ее выходная мощность зависит от того, насколько быстро она это сделает.

Стратегия и концепция

Работа, переходящая в механическую энергию, составляет Вт = KE + PE. 2 + mgh \\ [/ latex], где h - высота лестницы по вертикали.2 \ right) \ left (3.00 \ text {m} \ right)} {3.50 \ text {s}} \\\ text {} & = & \ frac {120 \ text {J} +1764 \ text {J} } {3.50 \ text {s}} \\\ text {} & = & 538 \ text {W} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Женщина выполняет 1764 Дж работы, чтобы подняться по лестнице, по сравнению со всего лишь 120 Дж, чтобы увеличить свою кинетическую энергию; таким образом, большая часть ее мощности требуется для подъема, а не для ускорения.

Впечатляет, что полезная выходная мощность этой женщины чуть меньше 1 лошадиных сил (1 л.с. = 746 Вт)! Люди могут генерировать с помощью мышц ног в течение коротких периодов больше лошадиных сил, быстро превращая доступный в крови сахар и кислород в рабочую мощность.(Лошадь может выделять 1 л.с. в течение нескольких часов подряд.) Как только кислород истощается, выходная мощность снижается, и человек начинает быстро дышать, чтобы получить кислород для усвоения большего количества пищи - это известно как этап аэробных упражнений . Если бы женщина поднималась по лестнице медленно, ее выходная мощность была бы намного меньше, хотя объем выполняемой работы был бы таким же.

Установление соединений: расследование на вынос - измерение номинальной мощности

Определите собственную номинальную мощность, измерив время, необходимое вам, чтобы подняться по лестнице.Мы проигнорируем выигрыш в кинетической энергии, так как приведенный выше пример показал, что это была небольшая часть выигрыша в энергии. Не ожидайте, что ваша мощность будет больше 0,5 л.с.

Примеры силы

Рис. 3. Огромное количество электроэнергии вырабатывается угольными электростанциями, такими как эта в Китае, но еще большее количество энергии идет на передачу тепла в окружающую среду. Здесь большие градирни необходимы для передачи тепла так же быстро, как оно производится.Передача тепла характерна не только для угольных электростанций, но является неизбежным следствием выработки электроэнергии из любого топлива - ядерного, угля, нефти, природного газа и т. п. (Источник: Kleinolive, Wikimedia Commons)

Примеры силы ограничены только воображением, потому что видов столько же, сколько форм работы и энергии. (См. Некоторые примеры в Таблице 1.) Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, имеет максимальную мощность около 1,3 киловатт на квадратный метр (кВт / м 2 ).Крошечная часть этого остается на Земле в течение длительного времени. Наш уровень потребления ископаемого топлива намного превышает скорость его хранения, поэтому они неизбежно истощатся. Сила означает, что энергия передается, возможно, меняя форму. Невозможно полностью преобразовать одну форму в другую, не потеряв часть ее в виде тепловой энергии. Например, лампа накаливания мощностью 60 Вт преобразует в свет всего 5 Вт электроэнергии, а 55 Вт рассеивается в тепловую энергию.

Кроме того, обычная электростанция преобразует в электричество только 35-40% топлива. Остаток превращается в огромное количество тепловой энергии, которая должна быть распределена в виде теплопередачи так же быстро, как и создается. Электростанция, работающая на угле, может производить 1000 мегаватт; 1 мегаватт (МВт) - это 10 6 Вт электроэнергии. Но электростанция потребляет химическую энергию в размере около 2500 МВт, создавая передачу тепла в окружающую среду в размере 1500 МВт. (См. Рисунок 3.)

Таблица 1. Выходная или потребляемая мощность
Объект или явление Мощность в ваттах
Сверхновая (в пике) 5 × 10 37
Галактика Млечный Путь 10 37
Крабовидная туманность пульсар 10 28
Солнце 4 × 10 26
Извержение вулкана (максимальное) 4 × 10 15
Молния 2 × 10 12
Атомная электростанция (полная передача электроэнергии и тепла) 3 × 10 9
Авианосец (полезная и теплопроводная) 10 8
Драгстер (общий полезный и теплопередающий) 2 × 10 6
Автомобиль (общая полезная и теплоотдача) 8 × 10 4
Футболист (общий полезный и теплопередающий) 5 × 10 3
Сушилка для белья 4 × 10 3
Человек в состоянии покоя (вся теплопередача) 100
Обычная лампа накаливания (общая полезная и теплопередающая) 60
Сердце, человек в состоянии покоя (общая полезная и теплоотдача) 8
Часы электрические 3
Карманный калькулятор 10 −3

Мощность и энергопотребление

Обычно нам приходится платить за энергию, которую мы используем. Стоимость энергии для электрического прибора оценить легко и интересно, если известны его потребляемая мощность и затраченное время. Чем выше уровень энергопотребления и чем дольше прибор используется, тем больше его стоимость. Норма потребляемой мощности равна [латекс] P = \ frac {W} {t} = \ frac {E} {t} \\ [/ latex], где E - энергия, поставляемая электроэнергетической компанией. Таким образом, энергия, потребляемая за время т , составляет

E = балл.

В счетах за электроэнергию указано количество использованной энергии в единицах киловатт-час (кВт⋅ч) , , которое является произведением мощности в киловаттах и ​​времени в часах. Этот блок удобен тем, что потребление электроэнергии на уровне киловатт в течение нескольких часов является типичным.

Пример 2. Расчет затрат на энергию

Какова стоимость эксплуатации компьютера мощностью 0,200 кВт, 6 часов в день в течение 30 дней, если стоимость электроэнергии составляет 0,120 доллара США за кВт⋅ч?

Стратегия

Стоимость основана на потребленной энергии; Таким образом, мы должны найти E из E = Pt и затем рассчитать стоимость. Поскольку электрическая энергия выражается в кВт⋅ч, в начале такой задачи удобно преобразовать единицы в кВт и часы.

Решение

Энергопотребление в кВт⋅ч составляет

[латекс] \ begin {array} {lll} E & = & Pt = (0.200 \ text {kW}) (6.00 \ text {h / d}) (30.0 \ text {d}) \\\ text {} & = & 36.0 \ text {кВт} \ cdot \ text {h} \ end {array} \\ [/ latex]

, а стоимость просто равна

Стоимость

= (36,0 кВт ч) (0,120 долл. США за кВт) ч) = 4,32 долл. США в месяц.

Обсуждение

Стоимость использования компьютера в этом примере не является ни чрезмерной, ни незначительной. Понятно, что стоимость - это сочетание силы и времени. Когда оба высокие, например, кондиционер летом, стоимость высока.

Мотивация к экономии энергии стала еще более убедительной из-за ее постоянно растущей цены. Зная, что потребляемая энергия является продуктом мощности и времени, вы можете оценить затраты для себя и сделать необходимые оценочные суждения о том, где можно сэкономить энергию. Необходимо уменьшить либо мощность, либо время. Наиболее экономически выгодно ограничить использование мощных устройств, которые обычно работают в течение длительного времени, например водонагревателей и кондиционеров. Сюда не входят устройства с относительно высокой мощностью, такие как тостеры, потому что они работают всего несколько минут в день. Он также не будет включать электрические часы, несмотря на то, что они используются 24 часа в сутки, потому что они являются устройствами с очень низким энергопотреблением. Иногда можно использовать устройства с большей эффективностью, то есть устройства, потребляющие меньше энергии, для выполнения той же задачи.Одним из примеров является компактная люминесцентная лампа, которая дает в четыре раза больше света на ватт потребляемой мощности, чем ее собрат с лампами накаливания.

Современная цивилизация зависит от энергии, но нынешние уровни потребления и производства энергии не являются устойчивыми. Вероятность связи между глобальным потеплением и использованием ископаемого топлива (с сопутствующим образованием углекислого газа) сделала сокращение использования энергии, а также переход на неископаемое топливо первостепенное значение. Несмотря на то, что энергия в изолированной системе является сохраняемой величиной, конечным результатом большинства преобразований энергии является передача тепла в окружающую среду, которая больше не используется для выполнения работы.Как мы обсудим более подробно в Термодинамике, способность энергии производить полезную работу «деградировала» в процессе преобразования энергии.

Сводка раздела

  • Мощность - это скорость выполнения работы или в форме уравнения для средней мощности P для работы Вт , выполненной за время t , [латекс] P = \ frac {W} {t} \\ [/ латекс]
  • В системе СИ для измерения мощности используется ватт (Вт), где [латекс] 1 \ text {W} = 1 \ frac {\ text {J}} {\ text {s}} \\ [/ latex].
  • Мощность многих устройств, таких как электродвигатели, также часто выражается в лошадиных силах (л.с.), где 1 л.с. = 746 Вт.

Концептуальные вопросы

  1. Большинство электроприборов имеют мощность в ваттах. Зависит ли этот рейтинг от того, как долго прибор включен? (В выключенном состоянии это устройство с нулевой ваттностью.) Объясните в терминах определения мощности.
  2. Объясните в терминах определения мощности, почему потребление энергии иногда указывается в киловатт-часах, а не в джоулях.Какая связь между этими двумя энергетическими единицами?
  3. Искра статического электричества, которую вы можете получить от дверной ручки в холодный сухой день, может передавать несколько сотен ватт мощности. Объясните, почему такая искра не травмирует вас.

Задачи и упражнения

  1. Пульсар в Крабовидной туманности (см. Рис. 4) - это остаток сверхновой, которая произошла в 1054 г. н.э. Используя данные из таблицы 1, вычислите приблизительный коэффициент, на который мощность этого астрономического объекта снизилась после его взрыва.

    Рис. 4. Крабовидная туманность (предоставлено ESO, через Wikimedia Commons)

  2. Предположим, что звезда в 1000 раз ярче, чем наше Солнце (то есть излучающая в 1000 раз большую мощность), внезапно становится сверхновой. Используя данные из Таблицы 1: (a) Во сколько раз увеличивается его выходная мощность? (б) Во сколько раз ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, сверхновая? (c) Основываясь на ваших ответах, обсудите, возможно ли наблюдать сверхновые в далеких галактиках. Обратите внимание, что существует порядка 10 11 наблюдаемых галактик, средняя яркость которых несколько меньше нашей собственной галактики.
  3. Человек в хорошем физическом состоянии может выдавать 100 Вт полезной мощности в течение нескольких часов подряд, возможно, вращая педали механизма, приводящего в действие электрический генератор. Пренебрегая любыми проблемами эффективности генератора и практическими соображениями, такими как время отдыха: (а) Сколько человек потребуется, чтобы запустить электрическую сушилку для белья мощностью 4,00 кВт? (б) Сколько людей потребуется, чтобы заменить большую электростанцию, вырабатывающую 800 МВт?
  4. Сколько стоит эксплуатация 3.Электрические часы 00-Вт на год при стоимости электроэнергии 0,0900 $ за кВт · ч?
  5. Большой бытовой кондиционер может потреблять 15,0 кВт электроэнергии. Какова стоимость эксплуатации этого кондиционера 3,00 часа в день в течение 30,0 дней, если стоимость электроэнергии составляет 0,110 доллара США за кВт · ч?
  6. (a) Какова средняя потребляемая мощность в ваттах прибора, потребляющего 5,00 кВт · ч энергии в день? б) Сколько джоулей энергии устройство потребляет в год?
  7. (а) Какова средняя полезная выходная мощность человека, который делает 6.00 × 10 6 Дж полезной работы за 8.00 ч? (b) Работая с такой скоростью, сколько времени потребуется этому человеку, чтобы поднять 2000 кг кирпичей 1,50 м на платформу? (Работу по поднятию тела можно пропустить, потому что здесь она не считается полезной работой.)
  8. Драгстер массой 500 кг разгоняется до конечной скорости 110 м / с за 400 м (около четверти мили) и сталкивается со средней силой трения 1200 Н. Какова его средняя выходная мощность в ваттах и ​​лошадиных силах, если это занимает 7,30 с?
  9. (а) Сколько времени займет автомобиль весом 850 кг с полезной мощностью 40?0 л. с. (1 л.с. = 746 Вт) для достижения скорости 15,0 м / с без учета трения? (b) Сколько времени займет это ускорение, если при этом автомобиль также преодолеет холм высотой 3,00 м?
  10. (a) Найдите полезную выходную мощность двигателя лифта, который поднимает груз массой 2500 кг на высоту 35,0 м за 12,0 с, если он также увеличивает скорость в состоянии покоя до 4,00 м / с. Обратите внимание, что общая масса уравновешенной системы составляет 10 000 кг, т.е. только 2500 кг поднимается в высоту, но все 10 000 кг ускоряются. (б) Сколько это стоит, если электричество стоит 0 долларов.0900 за кВт · ч?
  11. (а) Каково доступное энергосодержание в джоулях батареи, которая обеспечивает работу электрических часов мощностью 2,00 Вт в течение 18 месяцев? (b) Как долго батарея, способная обеспечить 8,00 × 10 4 Дж, сможет работать с карманным калькулятором, потребляющим энергию со скоростью 1,00 × 10 −3 Вт?
  12. (a) Сколько времени потребуется самолету массой 1,50 × 10 5 кг с двигателями, вырабатывающими мощность 100 МВт, чтобы достичь скорости 250 м / с и высоты 12,0 км, если сопротивление воздуха будет незначительным? б) Если это действительно занимает 900 с, какова мощность? (c) Учитывая эту мощность, какова средняя сила сопротивления воздуха, если самолет занимает 1200 с? (Подсказка: вы должны найти расстояние, которое самолет преодолеет за 1200 с при постоянном ускорении. )
  13. Рассчитайте выходную мощность, необходимую для 950-килограммового автомобиля, чтобы преодолеть уклон 2,00 ° с постоянной скоростью 30,0 м / с, столкнувшись с сопротивлением ветра и трением в сумме 600 Н. Явно покажите, как вы выполняете шаги, указанные в Стратегиях решения проблем в области энергетики .
  14. (a) Вычислите мощность на квадратный метр, приходящуюся от Солнца в верхние слои атмосферы Земли. (Возьмем выходную мощность Солнца равной 4,00 × 10 26 Вт.) [/ Latex] (b) Часть этой мощности поглощается и отражается атмосферой, так что максимум 1.30 кВт / м 2 достигает поверхности Земли. Вычислите площадь в км 2 солнечных коллекторов, необходимых для замены электростанции, вырабатывающей 750 МВт, если коллекторы преобразуют в электричество в среднем 2,00% максимальной мощности. (Такая малая эффективность преобразования связана с самими устройствами и тем фактом, что солнце находится прямо над головой лишь на короткое время. ) При тех же предположениях, какая площадь потребуется для удовлетворения энергетических потребностей Соединенных Штатов (1,05 × 10 20 J)? Энергетические потребности Австралии (5.4 × 10 18 Дж)? Энергетические потребности Китая (6,3 × 10 19 Дж)? (Эти значения энергопотребления взяты с 2006 г.)

Глоссарий

мощность: скорость выполнения работы

Вт: (Вт) единица мощности СИ, с [латексом] 1 \ text {W} = \ frac {\ text {J}} {\ text {s}} \\ [/ latex]

лошадиных сил: старая единица мощности вне системы СИ, с 1 л.с. = 746 Вт

киловатт-час: установка кВт · час, используемая в основном для выработки электроэнергии, предоставляемой электроэнергетическими компаниями

Избранные решения проблем и упражнения

1.2 × 10 −10

3. (а) 40; (б) 8 миллионов

5. 149 долларов США

7. а) 208 Вт; (б) 141 с

9. (а) 3,20 с; (б) 4,04 с

11. (а) 9,46 × 10 7 Дж; (б) 2,54 л

13. Определить известные: m = 950 кг, угол наклона θ = 2,00º, v = 3,00 м / с, f = 600 N

Выявить неизвестные: мощность P автомобиля, сила F , что автомобиль применяется к дороге

Решение для неизвестных: [латекс] P = \ frac {W} {t} = \ frac {Fd} {t} = F \ left (\ frac {d} {t} \ right) = Fv \\ [/ latex ], Где F параллельно уклону и должно противодействовать силам сопротивления и силе тяжести: [латекс] F = f + w = ​​600 \ text {N} + mg \ sin \ theta \\ [/ latex] .4 \ text {W} \ end {array} \\ [/ latex]

Около 28 кВт (или около 37 л.с.) приемлемо для автомобиля, чтобы преодолеть небольшой уклон.

Электроэнергетика и энергия | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
  • Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Мощность ассоциируется у многих с электричеством.Зная, что мощность - это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередачи. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт. (См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одинакового напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность.Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электрической мощностью?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет большее сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? По цвету можно сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Dickbauch, Wikimedia Commons; Грег Вестфолл, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (CFL) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но с входной мощностью от 1/4 до 1/10.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q - это перемещенный заряд, а V, - напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность - это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности принимает вид

P = IV

Электрическая мощность ( P ) - это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. Эти розетки могут быть рассчитаны на 20 А, чтобы схема могла выдавать максимальную мощность P = IV = (20 А) (12 В) = 240 Вт. В некоторых приложениях электрическая мощность может выражаться в вольт-амперах или даже киловольт-амперы (1 кА V = 1 кВт).Чтобы увидеть соотношение мощности к сопротивлению, мы объединяем закон Ома с P = IV . {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = V 2 / R означает, что чем меньше сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше передаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = V 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность

(а) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = V 2 / R , чтобы найти мощность.

Решение для (a)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2. {2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются стандартными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I 2 R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток будет быстро снижаться до этого значения при повышении температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) рассчитаны на кратковременную выдержку очень высоких токов при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электричество. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

- это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они включены, тем больше т .Единицей энергии в счетах за электричество является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 6 Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения - это один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как для коммерческих предприятий эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания - это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рисунок 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит к стандартным патронам для ламп накаливания. (В последние годы были решены оригинальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными затратами на КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (представляющие собой группу небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева источником энергии зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но составляет четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (a)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60. 0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

стоимость = (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (примерно полгода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL потребляет только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты будут составлять 1/10 стоимости лампы за этот период использования или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже если первоначальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Подключение: Эксперимент на вынос - Инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате. Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените количество энергии, потребляемой этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, тогда используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

  • Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая на резисторе, определяется как P = V 2 / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Тем не менее, эта мощность также определяется соотношением P = I 2 R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 2 МВ при токе 2,00 × 10 4 A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт пропускает фонарик с 6,00 × 10 2 за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы 1V 2 / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V 2 / R .

8. Покажите, что единицы 1 A 2 Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I 2 R .

9. Проверьте эквивалент единицы энергии, что 1 кВт ч = 3,60 × 10 6 Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 2 кВ и направляются к цели для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт за 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, при которой общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему напряжением 6,00 В. а) Каково горячее сопротивление фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток течет через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. Говорят, что в среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените годовые затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на любые эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 2 A.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 2 МВ и длиной 1.00 мс? (б) Какую массу древесного сока можно было бы поднять с 18ºC до точки кипения, а затем испарить за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 2 алюминия от 20 ° C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру на 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем закипятите 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 3 А при 250 кВ. а) Какова выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рисунок 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии двигателем, какой ток должны обеспечивать 12,0-вольтовые батареи электромобиля весом 750 кг: (a) Для ускорения от отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 2 м за 2,00 мин при постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 2 Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени требуется, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 4 кг, при условии эффективности 95,0% и постоянной мощности? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, работающий на 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 2 -г алюминиевой чашки, содержащей 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт kWч. (б) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 480 В? (b) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют 1.00 - сопротивление Ом? (c) Что необоснованного в этом результате? (г) Какие допущения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 2 МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое приведет к потере мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие допущения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создайте свою проблему Представьте себе электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумное время. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые следует учитывать, - это используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкости, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до достижения опасной температуры в погружном блоке.

Глоссарий

электрическая мощность:
- скорость, с которой электрическая энергия передается от источника или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2,00 × 10 12 Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11. 438 $ / год

13. $ 6.25

15. 1.58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21. (а) 2,00 × 10 9 Дж (б) 769 кг

23. 45.0 с

25. (а) 343 A (б) 2,17 × 10 3 A (в) 1,10 × 10 3 A

27. (а) 1,23 × 10 3 кг (б) 2,64 × 10 3 кг

29. (a) 2,08 × 10 5 A
(b) 4,33 × 10 4 МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В является неоправданно низким для напряжения передачи. В линиях передачи на большие расстояния поддерживается гораздо более высокое напряжение (часто сотни киловольт) для уменьшения потерь мощности.

Electric Power - learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 47

С большой силой ...

Почему нам важна власть? Мощность - это измерение передачи энергии во времени, а энергия стоит денег. Батареи не бесплатны, и они тоже не выходят из розетки. Итак, мощность измеряет, насколько быстро из вашего кошелька уходят гроши!

Кроме того, энергия ... энергия. Он бывает во многих потенциально вредных формах - тепловом, радиационном, звуковом, ядерном и т. Д. - и чем больше мощность, тем больше энергии. Итак, важно иметь представление о том, с какой мощностью вы работаете, играя с электроникой. К счастью, когда вы играете с Arduinos, зажигаете светодиоды и вращаете маленькие моторы, потеря информации о том, сколько энергии вы потребляете, означает лишь выжигание резистора или плавление микросхемы.Тем не менее, совет дяди Бена применим не только к супергероям.

рассматривается в этом учебном пособии

  • Определение власти
  • Примеры передачи электроэнергии
  • Вт, единица мощности СИ
  • Расчет мощности с использованием напряжения, тока и сопротивления
  • Максимальная номинальная мощность

Рекомендуемая литература

Power - одно из наиболее фундаментальных понятий в электронике. Но перед тем, как узнать о мощности, возможно, вам стоит сначала прочитать несколько других руководств.Если вы не знакомы с некоторыми из этих тем, сначала подумайте о том, чтобы ознакомиться с этими учебниками:

Что такое электроэнергия?

Есть много типов силы - физическая, социальная, супер, блокировка запаха, любовь - но в этом уроке мы сосредоточимся на электроэнергии. Так что же такое электроэнергия?

В общих физических терминах мощность определяется как скорость , с которой передается (или преобразуется) энергия .

Итак, во-первых, что такое энергия и как она передается? Трудно сказать просто, но энергия - это в основном способность чего-то, от до перемещать что-то еще. Есть много форм энергии: механическая, электрическая, химическая, электромагнитная, тепловая и многие другие.

Энергия никогда не может быть создана или уничтожена, ее можно только передать в другую форму. Многое из того, что мы делаем в электронике, - это преобразование различных форм энергии в электрическую энергию и обратно.Освещение светодиодами превращает электрическую энергию в электромагнитную. Прядильные двигатели превращают электрическую энергию в механическую. Жужжание зуммеров создает звуковую энергию. Питание цепи от щелочной батареи 9 В превращает химическую энергию в электрическую. Все это формы передач энергии .

Преобразованный тип энергии Преобразованный
Механический Электродвигатель
Электромагнитный Светодиод
Тепловой Ветровой резистор
Химический ветер Батарея Химический ветер Мельница

Пример электрических компонентов, передающих электрическую энергию в другую форму.

В частности, электрическая энергия начинается как электрическая потенциальная энергия - то, что мы с любовью называем напряжением. Когда электроны проходят через эту потенциальную энергию, она превращается в электрическую. В большинстве полезных цепей эта электрическая энергия преобразуется в какую-то другую форму энергии. Электрическая мощность измеряется путем объединения того, сколько электроэнергии передается, и того, как быстро происходит эта передача.

Производители и потребители

Каждый компонент в цепи либо потребляет , либо производит электроэнергии.Потребитель преобразует электрическую энергию в другую форму. Например, когда загорается светодиод, электрическая энергия преобразуется в электромагнитную. В этом случае лампочка потребляет энергии. Электроэнергия - это произведенных при передаче энергии на электрической из какой-либо другой формы. Батарея, подающая питание на схему, является примером источника питания .

Мощность

Энергия измеряется в джоулях (Дж).Поскольку мощность - это мера энергии за установленный промежуток времени, мы можем измерить ее в джоулей в секунду . Единица СИ для джоулей в секунду - Вт , сокращенно Вт .

Очень часто перед словом "ватт" стоит один из стандартных префиксов SI: микроватты (мкВт), миливатты (мВт), киловатты (кВт), мегаватты (МВт) и гигаватты (ГВт) являются обычными в зависимости от ситуация.

9035 Мельница
Название префикса Аббревиатура префикса Вес
Nanowatt nW 10 -9
Microwatt 3 µW40
µW40 10 -3
Ватт Вт 10 0
Киловатт кВт 10 3 6351
Мегаватт
ГВт ГВт 10 9
Микроконтроллеры

, такие как Arduino, обычно работают в диапазоне мкВт или мВт.Портативные и настольные компьютеры работают в стандартном диапазоне мощности. Энергопотребление дома обычно составляет киловатт. Большие стадионы могут работать в мегаваттном масштабе. А гигаватты нужны для крупных электростанций и машин времени.

Расчетная мощность

Электроэнергия - это скорость передачи энергии. Он измеряется в джоулях в секунду (Дж / с) - ватт (Вт). Учитывая несколько известных нам основных терминов, связанных с электричеством, как мы можем рассчитать мощность в цепи? Итак, у нас есть очень стандартное измерение, связанное с потенциальной энергией - вольтами (В), которые определяются в джоулях на единицу заряда (кулон) (Дж / Кл).Ток, еще один из наших любимых терминов, связанных с электричеством, измеряет поток заряда во времени в амперах (А) - кулонах в секунду (Кл / с). Соедините их вместе и что мы получим ?! Мощность!

Чтобы рассчитать мощность любого конкретного компонента в цепи, умножьте падение напряжения на нем на ток, протекающий через него.

Например,

Ниже представлена ​​простая (хотя и не полностью функциональная) схема: батарея 9 В, подключенная через 10 Ом; резистор.

Как рассчитать мощность на резисторе? Сначала мы должны найти ток, проходящий через него. Достаточно просто ... Закон Ома!

Хорошо, 900 мА (0,9 А) проходит через резистор и 9 В. Какая же тогда мощность подается на резистор?

Резистор преобразует электрическую энергию в тепло. Таким образом, эта схема каждую секунду преобразует 8,1 джоулей электрической энергии в тепло.

Расчет мощности в резистивных цепях

Когда дело доходит до расчета мощности в чисто резистивной цепи, все, что вам действительно нужно, - это знать два из трех значений (напряжение, ток и / или сопротивление).

Подставляя закон Ома (V = IR или I = V / R) в наше традиционное уравнение мощности, мы можем создать два новых уравнения. Первый, чисто по напряжению и сопротивлению:

Итак, в нашем предыдущем примере 9V 2 /10 & ohm; (V 2 / R) составляет 8,1 Вт, и нам никогда не нужно рассчитывать ток, протекающий через резистор.

Второе уравнение мощности может быть составлено исключительно с точки зрения тока и сопротивления:


Зачем нам нужна мощность, упавшая на резистор? Или любой другой компонент в этом отношении.Помните, что мощность - это передача энергии от одного типа к другому. Когда эта электрическая энергия, идущая от источника питания, попадает на резистор, энергия превращается в тепло. Возможно, больше тепла, чем может выдержать резистор. Это приводит нас к ... номинальной мощности.

Номинальная мощность

Все электронные компоненты передают энергию от одного типа к другому. Желательна некоторая передача энергии: светодиоды излучают свет, моторы вращаются, аккумуляторы заряжаются.Другие передачи энергии нежелательны, но также неизбежны. Эти нежелательные передачи энергии составляют потерь мощности , которые обычно проявляются в виде тепла. Слишком большие потери мощности - слишком много тепла на компоненте - могут стать очень нежелательными для .

Даже если передача энергии является основной целью компонента, все равно будут потери в другие формы энергии. Например, светодиоды и двигатели по-прежнему будут выделять тепло как побочный продукт при передаче другой энергии.

Большинство компонентов рассчитаны на максимальную рассеиваемую мощность, и важно, чтобы они работали ниже этого значения.Это поможет вам избежать того, что мы с любовью называем «выпустить волшебный дым».

Номинальная мощность резистора

Резисторы

- одни из наиболее известных виновников потери мощности. Когда вы понижаете напряжение на резисторе, вы также индуцируете ток через него. Чем больше напряжение, тем больше ток, тем больше мощность.

Вспомните наш первый пример расчета мощности, где мы обнаружили, что если 9V упадет на 10 & ohm; резистор, этот резистор рассеивает 8.1Вт. 8.1 - это лот Вт для большинства резисторов. Большинство резисторов имеют номинал от & frac18; W (0,125 Вт) до 1/2 Вт (0,5 Вт). Если вы уроните 8 Вт на стандартный резистор ½ Вт, приготовьте огнетушитель.

Если вы раньше видели резисторы, то наверняка видели их. Сверху - резистор ½ Вт, ниже - Вт. Они не предназначены для рассеивания большого количества энергии.

Существуют резисторы, рассчитанные на большие перепады мощности. Они специально называются силовыми резисторами .

Эти большие резисторы предназначены для рассеивания большого количества энергии. Слева направо: два 3Вт 22кОм; резисторы, два 5W 0.1 & Ом; резисторы, и 25Вт 3 & Ом; и 2 & Ом; резисторы.

Если вы когда-нибудь столкнетесь с выбором номинала резистора. Не забывайте и о номинальной мощности. И, если ваша цель - что-то нагреть (нагревательные элементы в основном представляют собой действительно мощные резисторы), постарайтесь минимизировать потери мощности в резисторе.

Например,
Номинальная мощность резистора

может иметь значение, когда вы пытаетесь выбрать номинал для токоограничивающего резистора светодиода.Скажем, например, вы хотите зажечь сверхяркий красный светодиод диаметром 10 мм на максимальной яркости, используя батарею 9 В.

Этот светодиод имеет максимальный прямой ток 80 мА и прямое напряжение около 2,2 В. Итак, чтобы подать на светодиод 80 мА, вам понадобится 85 Ом; резистор сделать так.

На резисторе упало 6,8 В, и прохождение 80 мА через него означает потерю мощности 0,544 Вт (6,8 В * 0,08 А). Полуваттный резистор это не очень понравится! Он, наверное, не растает, но будет горячим .Не рискуйте и используйте резистор 1 Вт (или сэкономьте энергию и используйте специальный драйвер светодиода).


Резисторы, безусловно, не единственные компоненты, для которых необходимо учитывать максимальную номинальную мощность. Любой компонент, обладающий резистивным свойством, будет производить тепловые потери. Работа с компонентами, которые обычно подвергаются воздействию высокой мощности - например, регуляторами напряжения, диодами, усилителями и драйверами двигателей - означает уделять особое внимание потерям мощности и тепловым нагрузкам.

Ресурсы и будущее

Теперь, когда вы знакомы с концепцией электроэнергии, ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по теме!

  • Как активизировать ваш проект - Ну, вы знаете, что такое «сила». Но как сделать это в своем проекте?
  • Light - Свет - полезный инструмент для инженера-электрика. Понимание того, как свет соотносится с электроникой, является фундаментальным навыком для многих проектов.
  • Что такое Arduino - Мы много говорили об этой Arduino в этом уроке. Если вам все еще неясно, что это такое, ознакомьтесь с этим руководством!
  • Диоды - преобразуют ли они переменный ток в постоянный или просто зажигают светодиодный индикатор питания, диоды - особенно удобный компонент для питания проектов.
  • Резисторы
  • - самые основные электронные компоненты, резисторы необходимы практически в каждой цепи.
  • MP3 Player Shield Music Box - Поговорим о передаче энергии! Этот проект сочетает в себе электричество, движение и звук, чтобы создать музыкальную шкатулку на тему «Доктор Кто» .

Мощность

Количественная работа связана с силой, вызывающей смещение. Работа не имеет ничего общего с количеством времени, в течение которого эта сила вызывает смещение. Иногда работа выполняется очень быстро, а иногда - довольно медленно. Например, скалолазу требуется необычно много времени, чтобы поднять свое тело на несколько метров вдоль скалы. С другой стороны, турист (который выберет более легкий путь в гору) может поднять свое тело на несколько метров за короткий промежуток времени.Эти два человека могут выполнять одинаковый объем работы, но путешественник выполняет ее значительно быстрее, чем скалолаз. Величина, связанная со скоростью выполнения определенного объема работы, называется мощностью. У туриста номинальная мощность на выше, чем у скалолаза.

Мощность - это скорость выполнения работы. Это соотношение работы / времени. Математически это вычисляется с использованием следующего уравнения.

Мощность = Работа / время

или

P = Вт / т

Стандартная метрическая единица измерения мощности - Вт .Как следует из уравнения мощности, единица мощности эквивалентна единице работы, деленной на единицу времени. Таким образом, ватт эквивалентен джоулям в секунду. По историческим причинам, лошадиных сил иногда используется для описания мощности, выдаваемой машиной. Одна лошадиная сила эквивалентна примерно 750 Вт.

Большинство машин спроектировано и построено для работы с объектами. Все машины обычно характеризуются номинальной мощностью.Номинальная мощность указывает на скорость, с которой эта машина может работать с другими объектами. Таким образом, мощность машины - это соотношение работы / времени для этой конкретной машины. Автомобильный двигатель - это пример машины с номинальной мощностью. Номинальная мощность относится к тому, насколько быстро автомобиль может разгонять автомобиль. Предположим, что 40-сильный двигатель может разогнать автомобиль от 0 миль / час до 60 миль / час за 16 секунд. Если бы это было так, то автомобиль с мощностью в четыре раза больше мог бы выполнять такой же объем работы за одну четверть времени.То есть двигатель мощностью 160 лошадиных сил может разогнать тот же автомобиль с 0 миль / час до 60 миль / час за 4 секунды. Дело в том, что для одного и того же объема работы мощность и время обратно пропорциональны. Уравнение мощности предполагает, что более мощный двигатель может выполнять тот же объем работы за меньшее время.

Человек - это также машина с номинальной мощностью . Некоторые люди более полны власти, чем другие. То есть некоторые люди способны выполнять тот же объем работы за меньшее время или больше за то же время.Обычная физическая лаборатория включает в себя быстрый подъем по лестнице и использование информации о массе, росте и времени для определения личных возможностей ученика. Несмотря на диагональное движение по лестнице, часто предполагается, что горизонтальное движение является постоянным, и вся сила ступенек используется для подъема ученика вверх с постоянной скоростью. Таким образом, вес ученика равен силе, которая действует на ученика, а высота лестницы - это смещение вверх. Предположим, что Бен Пумпинирон поднимает свое 80-килограммовое тело на 2.0-метровый подъезд за 1,8 секунды. Если бы это было так, то мы могли бы рассчитать номинальную мощность Бена . Можно предположить, что Бен должен приложить к лестнице нисходящую силу в 800 Ньютонов, чтобы поднять свое тело. Таким образом, лестница будет толкать тело Бена вверх с силой, достаточной для того, чтобы поднять его тело вверх по лестнице. Также можно предположить, что угол между силой лестницы на Бена и смещением Бена составляет 0 градусов. Используя эти два приближения, можно определить номинальную мощность Бена, как показано ниже.

Номинальная мощность Бена - 871 Вт. Ему 9 лошадка вполне .

Другая формула силы

Выражение для мощности - работа / время. А поскольку выражение для работы - это сила * смещение, выражение для мощности можно переписать как (сила * смещение) / время. Поскольку выражение для скорости - смещение / время, выражение для мощности можно еще раз переписать как сила * скорость.Это показано ниже.

Это новое уравнение мощности показывает, что мощная машина одновременно сильна (большая сила) и быстра (большая скорость). Мощный автомобильный двигатель - сильный и быстрый. Мощная сельскохозяйственная техника - прочная и быстрая. Сильный тяжелоатлет силен и быстр. Сильный лайнсмен футбольной команды силен и быстр. Машина , которая достаточно сильна, чтобы приложить большую силу, чтобы вызвать смещение за небольшой промежуток времени (т.е.е., большая скорость) - машина мощная.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание работы и власти, чтобы ответить на следующие вопросы. По окончании нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Два студента-физика, Уилл Н. Эндейбл и Бен Пумпинирон, находятся в зале тяжелой атлетики. Уилл поднимает 100-фунтовую штангу над головой 10 раз за одну минуту; Бен поднимает 100-фунтовую штангу над головой 10 раз за 10 секунд.Какой студент больше всего работает? ______________ Какой ученик дает больше всего энергии? ______________ Объясните свои ответы.

2. В физической лаборатории Джек и Джилл взбежали на холм. Джек вдвое массивнее Джилл; и все же Джилл преодолевает то же расстояние за половину времени. Кто работал больше всего? ______________ Кто принес больше всего энергии? ______________ Объясните свои ответы.


3. Уставшая белка (масса около 1 кг) отжимается, прикладывая силу, поднимающую ее центр масс на 5 см, чтобы выполнить работу всего на 0,50 Дж. Если уставшая белка проделывает всю эту работу за 2 секунды, то определите ее мощность.

4. При подтягивании вверх студентка-физик поднимает ее 42.0-кг тело на дистанцию ​​0,25 метра за 2 секунды. Какую силу развивают бицепсы ученика?

5. Ежемесячный счет за электроэнергию в вашей семье часто выражается в киловатт-часах. Один киловатт-час - это количество энергии, доставленное потоком 1 киловатт электроэнергии за один час. Используйте коэффициенты преобразования, чтобы показать, сколько джоулей энергии вы получаете, покупая 1 киловатт-час электроэнергии.

6. Эскалатор используется для перемещения 20 пассажиров каждую минуту с первого этажа универмага на второй. Второй этаж находится на высоте 5,20 метра от первого. Средняя масса пассажира - 54,9 кг. Определите требуемую мощность эскалатора, чтобы переместить это количество пассажиров за это время.

Электроэнергия - Веб-формулы

Электрическая мощность определяется по формуле:
P = V · I
Где V - напряжение, а I - ток.

Соответствующие единицы:
ватт (Вт) = вольт (В) · ампер (A)


Мощность также можно определить по следующей формуле:
P = I 2 · R R = P / I 2 I

0

= √ R )
P = V 2 / R R = V 2
9 /0009 V = √ ( P · R )


Подробнее об электроэнергии 9001 0
Электроэнергия определяется как скорость, с которой работа выполняется источником e.м.ф. в поддержании тока в электрической цепи. Практическая единица мощности - киловатт и лошадиные силы; где 1 киловатт = 100 ватт и 1 л.с. = 746 ватт.

Если сопротивления (например, электрические приборы) соединены последовательно, ток через каждое сопротивление будет одинаковым. Тогда мощность электрического прибора, P α R и P α V (поскольку V = IR), это означает, что в комбинации сопротивлений серии разность потенциалов и потребляемая мощность будут больше при большем сопротивлении .

Если сопротивления ( i.е. электроприборов) подключены параллельно, разность потенциалов на каждом приборе одинакова. Тогда P α 1 / R и I α 1 / R (как V = IR), что означает, что в параллельных комбинациях сопротивлений потребляемый ток и мощность будут больше при меньшем сопротивлении.

Для заданного напряжения В, , если сопротивление изменилось с R на ( R / n ), а потребляемая мощность изменилась с P на nP , затем согласно P = V 2 / R , имеем:


P = V 2 / (R / n)) = n (V 2 / R) = nP, где R = R / n и P = nP

Когда приборы питания P 1 , P 2 , P 3 P n включены последовательно с источником напряжения, эффективная потребляемая мощность ( P с ) определяется по формуле:


1/ P с = 1 / P 1 + 1 / P 2 + 1 / P 3 +… + 1 / P n
Для n приборов, каждый из сопротивление R , последовательно соединены с источником напряжения В, рассеиваемая мощность P с тогда задается как:
(1) P с = В 2 / n R

Когда приборы питания

P 1 , P 2 , P 3 P n подключены параллельно к источнику напряжения, эффективная мощность потреблено ( P p ) тогда определяется как:
P s = P 1 + P 2 + P 3 +… + P n
Для устройств n , каждое с равным сопротивлением R , подключено параллельно к источнику напряжения В , рассеиваемая мощность тогда определяется как:
(2) P p = В 2 / ( R / n) = n V 2 / R

Из (1) и (2) мы имеем P p / P s = n 2 или просто записать как : P p = n 2 P s .

В соответствии с приведенными выше формулами, мы можем объяснить, что:


При группировке ламп серии по одному источнику напряжения лампа большей мощности будет давать меньшую яркость и будет иметь меньший потенциал сопротивления, но тот же ток , тогда как в параллельном группировке лампочек по данному источнику напряжения лампа большей мощности даст большую яркость и позволит большему току проходить через нее, но будет иметь меньшее сопротивление и такую ​​же разность потенциалов на нем.

Электроэнергия
Электроэнергия определяется как общая выполненная работа или энергия, поставленная источником ЭДС. при поддержании тока в электрической цепи в течение заданного времени:
Электрическая энергия = электрическая мощность × время = P × t

Таким образом, формула для электрической энергии имеет вид:
Электрическая энергия = P × т = V × I × т = I 2 × R × т = V 2 т / R

S.I единица электрической энергии - джоуль (обозначается Дж), где 1 джоуль = 1 ватт × 1 секунда = 1 вольт × 1 ампер × 1 секунда
Коммерческая единица электрической энергии - киловатт-час ( кВт · ч ), где 1 кВтч = 1000 Вт h = 3,6 × 10 6 Дж = одна единица потребляемой электроэнергии .

Количество единиц потребляемой электроэнергии равно n = (общая мощность × время в часе) / 1000
Стоимость потребления электроэнергии в доме = количество.единиц потребляемой электроэнергии × количество на одну единицу электроэнергии.

Максимальная мощность Теорема
В ней говорится, что выходная мощность источника тока максимальна, когда внутреннее сопротивление источника равно внешнему сопротивлению в цепи. Таким образом, если R - внешнее сопротивление цепи, а R - внутреннее сопротивление источника тока (то есть батареи), то выходная мощность максимальна, когда R = R.

Эта теорема применима ко всем типам источников ЭДС. и связан с выходной мощностью, а НЕ с рассеиваемой мощностью.

Если E - применяемая ЭДС. источника ЭДС. т.е. . батарея с внутренним сопротивлением r и R - внешнее сопротивление, тогда ток в цепи определяется как:
I = E / (R + r)

При максимальной выходной мощности R = r , поэтому имеем:
I = E / (r + r) = E / (2r)
и
максимальная выходная мощность:
P max = I 2 r = E 2 / (4r)

При коротком замыкании аккумулятора мощность равна нулю.В этом случае вся мощность батареи рассеивается внутри батареи из-за ее внутреннего сопротивления. Таким образом, мощность, рассеиваемая внутри батареи, определяется как: P = ( E / r) 2 × r = E 2 / r

КПД источника ЭДС.
КПД источника ЭДС. определяется как отношение выходной мощности (, т.е. - мощность через внешнее сопротивление цепи, к входной мощности (т.е.мощность, потребляемая от источника ЭДС). Итак,

Где V = падение потенциала на внешнем сопротивлении R,
E = E.M.F. источника тока,
I = ток в цепи.

Если r - внутреннее сопротивление источника ЭДС, , тогда
В = IR и E = I (R + r )
или

Когда мощность, полученная от источника, максимальная, тогда R = р. В данной ситуации имеем:

Таким образом максимальная эффективность источника эл.м.ф. составляет 50%. Это означает, что для ячейки только половина общей мощности, потребляемой ячейкой, используется для полезных целей, тогда как другая половина рассеивается внутри ячейки.

Пример 1:
Лифт должен поднимать 1000 кг на расстояние 100 м со скоростью 4 м / с. Какую в среднем мощность оказывает лифт во время этой поездки?
Решение:
Работу, проделанную лифтом на 100 метров, легко вычислить:
W = mgh = (1000) (9.8) (100) = 9,8 × 10 5 Джоулей.

Общее время поездки можно рассчитать по скорости лифта:
t = x / v = 100 м / 4 м / с = 25 с .

Таким образом, средняя мощность определяется как: P = Вт / t = 9,8 × 10 5 / 25s = 3,9 × 10 4 Вт, или 39 кВт.

Пример 2:
Считается, что объект в свободном падении достиг конечной скорости , если сопротивление воздуха становится достаточно сильным, чтобы противодействовать всему ускорению свободного падения, в результате чего объект падает с постоянной скоростью.Точное значение конечной скорости варьируется в зависимости от формы объекта, но для многих объектов его можно оценить на уровне 100 м / с. Когда объект весом 10 кг достиг предельной скорости, какую силу сопротивление воздуха оказывает на объект?

Решение: Чтобы решить эту проблему, мы будем использовать уравнение P = Fv cos θ , Вместо обычного уравнения мощности, поскольку нам дана скорость объекта. Нам просто нужно вычислить силу, прилагаемую к объекту сопротивлением воздуха, и угол между силой и скоростью объекта.Поскольку объект достиг постоянной скорости, результирующая сила, действующая на него, должна быть равна нулю. Поскольку на объект действуют только две силы: сила тяжести и сопротивление воздуха, сопротивление воздуха должно быть равно по величине и противоположно направлению силы тяжести. Таким образом, F a = - F G = мг = 98 Н, направленное вверх. Таким образом, сила, приложенная сопротивлением воздуха, антипараллельна скорости объекта. Таким образом:
P = Fv cos θ = (98) (100) (cos180) = - 9800 Вт

Пример 3: Мощность двигателя насоса составляет 4 кВт.Сколько воды в кг / мин он может поднять на высоту 20 м? (g = 10 м / с 2 )
Решение:
Заданная мощность двигателя P = 4KW = 4000 Вт
Если масса воды, поднятая за одну секунду, = m кг.
Общий объем работы, выполненной при подъеме воды, W = mgh
Мощность P = Вт / т, но t = 1 минута = 60 сек.
4000 = mgh / 60
4000 = (m × 10 × 20) / 60
m = 1200 кг.

Пример 4 : Когда вода течет по трубе, ее скорость изменяется на 5%, найти изменение силы воды?
Решение: Мощность = Сила × Скорость = Скорость изменения количества движения × Скорость = {(масса / время) × скорость} x скорость = {(adv) × v} × v = adv 3 где 'a' - площадь поперечного сечения, 'd' - плотность воды, а 'v' - скорость потока воды.
Следовательно, Сила воды прямо пропорциональна кубу скорости воды, поэтому пусть
P = Kv 3 (k - постоянная величина, равная ad.)
Ведение журнала с обеих сторон
log P = 3log v + log k
Дифференциация с обеих сторон
dP / P = 3dv / v
процентное изменение мощности, dP / P × 100 = 3 × 5% = 15%.

Пример 5 : Кинетическая энергия выбрасываемой воды из плотины используется для вращения турбины. Труба, по которой устремляется вода - 2.4 метра и его скорость 12 м / сек. Предполагая, что вся кинетическая энергия воды используется для вращения турбины, вычислите производимый ток, если эффективность динамо-машины составляет 60% и станция передает мощность 240 кВ. Плотность воды = 10 3 кг / м 3 .
Решение: Учитывая, что
r = радиус трубы = 1,2 м, средняя скорость воды v = 12 м / с
V = 240 кВ = 240 × 10 3 вольт, плотность воды p = 10 3 кг / м 3 .
Итак, кинетическая энергия текущей воды в секунду, т.е.
Мощность P = (1/2) (массовый расход в секунду) × v 2
= (1/2) pr 2 (л / т) rv 2
= (1/2) pr 2 rv 3
= (1/2) 3,14 × (1,2) 2 × 10 3 × (12) 3 Вт
= 3,9 x 10 6 Вт

Ток в кабелях передачи определяется по формуле:
ток = выходная мощность / напряжение
= (60% мощности P) / (240 × 1000)
= [(60/100) × 3.9 × 10 6 ] / (240 × 1000) = 9,75 A

Как определить требования к питанию

Одна из самых сложных концепций при рассмотрении размещения центров обработки данных - это определение необходимого количества энергооборудования. Есть много способов узнать, каковы ваши требования к питанию, но независимо от того, какой метод вы используете, все вычисления включают три электрические концепции:

  • Ток (амперы)
  • Напряжение (вольт)
  • Электрическая мощность (ватты)

Расчет потребляемой мощности

Для расчета потребляемой мощности эти электрические концепции применяются к простой формуле:

  ампер * вольт = ватт  

Эта формула определяет, сколько энергии потребляет оборудование в данный момент.

Метод №1: Использование измерителей и лицевых панелей для определения требований к электропитанию вашего оборудования

Большинство современного оборудования для распределения электроэнергии имеет встроенный счетчик, отображающий потребление энергии. На ЖК-дисплее PDU ниже вы видите, что как основной, так и резервный PDU потребляют 9 ампер:

ЖК-дисплей PDU

Производители также должны отображать допустимые диапазоны напряжения и силы тока, потребляемые на нагрузку, на лицевой панели оборудования:

Лицевая панель оборудования с указанием допустимого диапазона напряжения и потребляемого тока на нагрузку Подобное ИТ-оборудование

обычно работает в диапазоне напряжений от 100 до 240 В и совместимо с питанием как 120 В, так и 208 В.К этим конкретным блокам распределения питания относятся APC AP7941, которые рассчитаны на ток до 30 А в цепях на 208 В (80% от 30 А в соответствии с Национальным электрическим кодексом из соображений безопасности). Поскольку мы знаем, что оборудование, подключенное к PDU, потребляет 9 ампер, мы можем подставить значения в формулу:

  9 ампер * 208 вольт = 1872 Вт  

Причина, по которой мы используем только одно из значений 9 А, заключается в том, как сконфигурированы первичная и резервная мощность. Первичное и резервное питание означает два или более блока питания от разных источников питания.Поскольку к каждому PDU подключено одно и то же устройство, они должны потреблять одинаковую мощность.

При планировании резервирования мощности каждая цепь (первичная и резервная) должна быть рассчитана таким образом, чтобы выдерживать общую нагрузку обеих в случае отказа одной из них.

Мы обнаружили, что оборудование шкафа потребляет 1872 Вт (почти 1,9 кВт).

Не забудьте оставить место для маневра для «снижения мощности», поскольку все ИТ-оборудование со временем потребляет больше энергии.

Метод № 2: Использование списков оборудования для определения требований к электропитанию вашего оборудования

Если у вас нет PDU со считыванием показаний усилителя, вы можете определить требования к питанию, используя полный список оборудования.Вам нужно будет изучить спецификации производителя по мощности для каждой единицы оборудования, чтобы определить:

  • Конфигурация оборудования CPU / RAM / HDD / SSD
  • Назначение оборудования (DNS, база данных, сервер приложений, веб-сервер)
  • Возраст оборудования (более новое оборудование будет иметь более эффективные источники питания)
  • Особые требования, такие как «Power-over-Ethernet» (общие для сетевых коммутаторов)

Например, один из наших клиентов может перечислить следующие единицы оборудования:

  • 4 сервера Dell PowerEdge R420
  • 1 коммутатор Juniper EX4200-48T
  • 1 межсетевой экран FortiGate Fortinet 310B

Давайте определим максимальное энергопотребление для всех шести единиц оборудования.Во-первых, мы ищем в Интернете спецификации производителя по питанию и находим:

  • Dell PowerEdge R420 имеет блок питания мощностью 550 Вт.
  • Juniper EX4200-48T имеет блок питания мощностью 320 Вт.
  • FortiGate Fortinet 310B может потреблять максимум 5–3 А в сетях 100–240 В. Мы знаем, что нам нужна максимальная потребляемая мощность в ваттах. (И мы знаем, что для расчета ватт нам нужно умножить ампер на вольты.) В таблице данных 310B указано, что наш максимальный диапазон составляет от 5 до 3 ампер.Поскольку устройство фактически потребляет на ампер меньше, чем на ампер, чем выше напряжение, наш максимум на самом деле меньше: 3 ампера. Для вольт в таблице данных указан диапазон: 100-240 вольт. Мы можем предположить, что это цепь на 120 В, потому что это стандарт для центров обработки данных в Соединенных Штатах.

Итак, чтобы определить максимальное энергопотребление в любой момент времени, мы сначала должны преобразовать все в ватты:

  • 4 сервера Dell: 4 сервера * 550 Вт каждый = 2200 Вт
  • 1 коммутатор Juniper: 320 Вт (оставьте как есть)
  • 1 межсетевой экран FortiGate: 3 ампера * 120 вольт = 360 Вт

Затем сложите их вместе :

  2200 Вт + 320 Вт + 360 Вт = 2880 Вт  

Максимальное энергопотребление этих шести единиц оборудования составляет 2880 Вт.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *