Струја струје у електричним круговима

Један од параметара који карактерише понашање електрона у електричном кругу, поред напона и струје, је снага. То је мера количине посла која се може обавити по јединици времена. Рад се обично упоређује са тежином дизања. Што је већа тежина и висина његовог пораста, то је више посла. Снага одређује брзину јединице рада.

Јединице мере

Снага аутомобила се израчунава у коњским снагама - јединица мере коју су изумили произвођачи парни мотори у циљу мјерења учинка њихових јединица у уобичајеном енергетском извору времена. Снага аутомобила не говори колико високо може да досегне брдо или колико може да носи, али само показује колико брзо ће то урадити.

Снага мотора зависи од брзине и обртног момента излазног вратила. Брзина се мери у обртајима у минути. Окретни момент је тренутак снаге мотора, који је првобитно мјерен у лб-фт и сада у невтон метрима или џулима.

Мотор трактора 100 л ц. ротира полако али са великим обртним моментом. Мотор мотор једнаке снаге врти се брзо, али са малим обртним моментом. Једначина за израчунавање снаге има облик:

П = 2π СТ / 33000, где је С брзина ротације, рпм, а Т је обртни моменат.

Овде су варијабле тренутак и брзина. Другим речима, моћ је директно пропорционална СТ: П ~ СТ.

ДЦ повер

У електричним круговима, снага је функционално овисна о напону и струји. Није изненађујуће да је слична горњој једнаџби П = ИУ.

Али овде П није пропорционалан струји помноженој са напоном, већ је једнак њој. Израчунава се у ватима, скраћено као В.

Важно је знати да струја и напон засебно не одређују снагу, већ само њихову комбинацију. Напон је рад по јединици електрични набој а струја је брзина набоја. Напон (радни еквивалент) је сличан раду када се подиже тежина у супротности са силом гравитације. Струја (еквивалентна брзини) је слична брзини подизања тежине. Њихов рад је моћ.

Као мотори за тракторе и мотоцикле, високонапонски круг са малом струјом може бити исте снаге као и нисконапонски круг и висока струја. Напон и струја изван односа не могу карактеризирати снагу круга.

Отворени круг са напоном и нултом амперажом не ради, без обзира на висину напона. Уосталом, према формули, све што је помножено са 0 даје 0: П = 0 У = 0. У затвореном кругу суперпроводне жице са нултом отпорношћу, можете постићи струју на напону једнаком нули, што такође не доводи до расипања енергије: П = И 0 = 0.

Снага и вати означавају једно и исто: количина посла која се може обавити по јединици времена. Ове јединице су међусобно повезане односом

1 л. ц. = 745.7 В

Пример израчунавања

Дакле, снага струје електричног круга у ватима је једнака производу напона и струје.

Да би се одредила, на пример, снага оптерећења са отпорношћу од 3 охма, у кругу са 12 В батеријом, неопходно је, применом Охмовог закона, пронаћи струју

И = У / Р = 12/3 = 4 А

Множење јачине струје по напону и давање жељеног резултата:

П = ИУ = 4 А 12 В = 48 В

Тако, лампа троши 48 вати.

Шта се дешава када напон расте?

Уз напон од 24 В и отпор струје од 3 охма

И = У / Р = 24/3 = 8 А

Са удвостручењем напона, ампеража се удвостручила.

П = ИУ = 8 А 24 В = 192 В

Снага је такође порасла, али више. Зашто? Будући да је функција продукта напона на струју, напон и струја су повећани за 2 пута, тако да је снага повећана за 4 пута. Ово се може верификовати поделом 192 вати на 48, чији је коефицијент 4.

Варијанте формуле

Помоћу алгебре за трансформацију формуле, можете узети оригиналну једначину и трансформисати је за случајеве када је један од параметара непознат.

Ако су дати напон и отпор:

П = (У / Р) У или П = У ² / Р

Са познатом јачином струје и отпорности:

П = И (ИР) или П = И2Р

Историјска чињеница: однос распршене моћи и струје кроз отпор открио је Јамес Пресцотт Јоуле, а не Георг Симон Ом. Објављена је 1841. као једнаџба П = И ² Р и назива се Јоуле-Лензов закон.

Повер Екуатионс:

• П = УИ
• П = И ² Р
• П = У2 / Р

Алтернатинг цуррент

Успостављени су акти ома и џула - ленза директна струја али вриједе и за тренутне вриједности промјењиве струје и напона.

Тренутна вредност П је једнака продукту тренутних вредности струје и напона, узимајући у обзир њихов фазни помак за угао φ:

П (т) = У (т) И (т) = У _м цос ω И _м цос (ωт-=) = (1/2) У _м И _м φ φ + (1/2) У _м И _м цос (2ωт- φ).

Из једначине следи да тренутна снага има константну компоненту, и врши осцилаторна кретања око средње вредности са фреквенцијом која је двострука фреквенција струје.

Просечна вредност П (т), која је од практичног значаја, је:

П = (Ум И _м / 2) цосφ

Узимајући у обзир да је цос Р = Р / З, где је З = (Р ² + (ω Л - 1 / ω Ц) ² ) ^1/2 и У _м / З = И _м ,

П = (РИ _м ² ) / 2

Овде И = И _м 2 ^-1/2 = 0.707 И _м - ефективна вредност јачине струје, А.

Слично томе, У = У _м 2 ^-1/2 = 0.707 У _м - ефективни напон, В.

Просечна снага преко ефективног напона и струје је одређена

П = УИ цос φ, где је цос. Фактор снаге.

П у електричном кругу прелази у топлоту или други облик енергије. Највећа активна снага се може постићи са цосφ = 1, то јест, у одсуству фазног помака. То се назива пуном моћи.

С = УИ = ЗИ ² = У ² / З

Његова димензија се поклапа са димензијом П, али за сврху разлике С се мери волт-амперима, ВА.

Степен измјене енергије у електричном кругу карактерише реактивна снага.

К = УИ синφ = УИ _п = У _п И = КСИ ² = У ² / Кс

Има димензију активног и комплетног, али да би се разликовала, изражава се реактивним волт-амперима, ВАР.

Троугао снаге

Снага је активна, реактивна и пуна међусобно повезана

С = (П ² + К ² ) ^1/2

Снага представља страну правоугаони троугао. Користећи законе тригонометрије, може се наћи дужина једне стране (количина снаге било које врсте) дуж двију познатих страна или дуж дужине једне и кута. У таквом троуглу, активна снага је суседна нога, реактивна снага је супротна, а укупна снага је хипотенуза. Угао између ножице активне снаге и хипотенузе једнак је фазном куту импеданције З електричног круга.

Комплексан облик овог односа је следећи:

С = П + јК = УИ цосφ + ј УИ синφ = УИ е ^јφ = УИ *, где

С је комплексна снага;

И * је комплексна коњугована струјна вредност.

Стварна компонента комплекса је активна, а имагинарна реактивна.

Тренутачна укупна снага увек остаје константна.

Трофазна струја

Оптерећење сваке фазе трофазног кола претвара енергију или је замењује са извором напајања. Као резултат, П и К кола су једнака укупној снази свих фаза:

П = П _р + П _и + П _б ; К = К _р + К _и + К _б - веза са звездицом;

П = П _ри + П _иб + П _бр ; К = К _ри + К _иб + К _бр - веза "троугао".

Активне и реактивне снаге сваке фазе су дефинисане као у једнофазном кругу.

Пуна снага трофазног круга:

С = (П ² + К ² ) ^1/2 ,

како изгледа сложена форма

С = П + јК = (П _р + П _и + П _б ) + ј (К _р + К _и + К _б ) = С _р + С _и + С _б = У _р И _р + У _и и _и + У _б И _б

Симетрично оптерећење фаза доводи до једнакости њихових моћи. Због тога је снага струје три пута већа од активне и реактивне снаге фазе:

П = 3П _ф = 3 И _ф У _ф цосφ _ф = 3 Р _ф И _ф ²

К = 3 К _ф = 3 И _ф У _ф синφ _ф = 3 Кс _ф И _ф ²

С = 3 С _ф = 3 И _ф У _ф

И _ф и У _{ф се} овде могу заменити њиховим линеарним вредностима, с обзиром да је за звезду У _ф = У _л ; И _ф = И _л , а за троугао У _ф = У _л ; И _ф = И _л 3 ^-1/2 :

П = 3 ^1/2 И _{л л} цосφ _ф ;

К = 3 ^{1/2 И _л У _л} синφ _ф ;

С = 3 ^{1/2 И _л У _л} .

Не-синусна струја

Дефиниција П у не-синусоидном струјном кругу је слична његовој дефиницији у синусоидном струјном кругу, јер током периода Т просечна тренутна снага

П = 1 / Т∫уи дт

Активна снага струје одређена је сумом П хармоничких компоненти, укључујући константу, која је хармоника нулте фреквенције.

Реактивна снага струје на овај начин је резултат додавања К сваког хармоника.

К = кУк И _к синφ _к = К _к

Укупна снага одређена је производом ефективне струје и напона:

С = И У.