Енергія та потужність в електроенергетиці або електротехніці

Вивчення у фізиці понять енергії, праці та потужності, що розглядаються тоді з електричного боку.

Визначення енергії

Тіло має енергію, коли воно може забезпечити роботу або тепло .

Деякі джерела енергії

Сонце, деревина, вугілля, нафта, газ, ядерні матеріали, запаси води, вітер ... є джерелами енергії.

Форми енергії

Енергія може бути у різних формах:

  • механічна енергія, яка буває у двох формах:
    • кінетична, якщо тіла рухаються (вода падає з дамби),
    • потенціал, якщо енергія знаходиться в запасі (вода, що зберігається за дамбою),
  • теплової або теплотворної енергії,
  • хімічна енергія,
  • промениста або світлова енергія,
  • атомна енергія,
  • електрична енергія.

Енергетичні одиниці

Енергія, як і робота, яку вона може виробляти, вимірюється в Джоулях (Дж).
Відзначається W .
Приклад: Ш = 450 Дж
У деяких випадках використовуються інші одиниці:

  • калорія: 1 кал = 4,18 Дж,
  • теплова: 1 тис. = 1 000 000 кал,
  • Вт-година: 1 Втч = 3600 Дж,
  • Кіловат-година: 1 кВт-год = 1000 Втч = 3600000 Джоулів.

Перетворення енергії

При будь-якому перетворенні енергія зберігається в кількості. Вироблена енергія та енергія зникли або поглинулись рівні.
Приклад: електродвигун поглинає електричну енергію і виробляє механічну енергію (обертання вала) та теплову енергію (тертя через підшипники та нагрівання проводів).

електроенергетиці

Електрична енергія = механічна енергія + термальна енергія

У цьому прикладі корисною є лише механічна енергія, що виробляється двигуном (Wu).
Тепло, яке з’являється, є втратою (Wp). Електрична енергія, яку споживає двигун, - це енергія, що поглинається (Wa).
Отже, ми маємо таке співвідношення:

Енергоефективність

Ефективність - це співвідношення між корисною енергією (Wu) та поглиненою енергією (Wa).

Урожайність завжди менша або дорівнює 1 !

Потужність

Енергія може виробляти механічну роботу, тобто рух. Однак таку ж роботу можна провести різні часи.

Ось кілька прикладів:

  • Працівник їде на спині мішком вагою 35 кг на 4 поверх будинку; це займає 3 хвилини.
    вантажний ліфт може виконати ту саму роботу за 20 секунд,
  • фургон з вантажопідйомністю 500 кг здійснить в 10 разів більше поїздок, ніж вантажівка з вантажем вантажу 5 т для перевезення 5000 кг вантажу.

На певний час, чим більше роботи забезпечить машина, тим потужнішою вона буде .

Визначення потужності

Потужність машини - це енергія, яку вона забезпечує за 1 секунду.
Отже, маємо P = W/t

Потужність позначається P .
Вимірюється у ватах .

З в Джоулі
t в секунду
P у ватах

Стара одиниця

Ми все ще знаходимо в механіці як одиницю потужності кінських сил (к.с. або CV).
1 канал = 736 Вт

Врожайність

З:
Pu = корисна потужність
Па = поглинена потужність

Енергія та електрична потужність

Електрична енергія

Якщо приймач піддається напрузі U і його перетинає струм інтенсивності I протягом часу t, він поглине електричну енергію.
Ця енергія позначається W .

З:
U в Вольт
Я в Ампері
t в секунду
З в Джоулі.

Примітки та інші одиниці

  • За розширенням маємо W = Pt
  • якщо час t вимірюється в годинах, W отримують у ватурі (Wh),
  • Вт-година: 1 Втч = 3600 Дж,
  • Кіловат-година: 1 кВт-год = 1000 Втч = 3600000 Дж.

Вимірювання електричної енергії

Електрична енергія, що подається нам електричною мережею, вимірюється лічильником (лічильником ват-годин або лічильником енергії), розміщеним біля входу в установку. Цей пристрій градуйовано в кіловат-годинах. Раніше використовувані лічильники мали алюмінієвий диск, який обертався більш-менш швидко залежно від пристроїв, що працювали. Один оберт диска відповідав запису енергії, званої константою лічильника (це значення, зазначене K, вказане на пристрої; приклад: K 2 Вт/об.).
В даний час, згідно з новими тарифними варіантами, розподільники електричної енергії встановлюють електронні лічильники.

Символ лічильника ват-годин

При постійному струмі або для резистивного пристрою спожиту енергію можна отримати, вимірявши напругу, інтенсивність струму, час роботи та склавши добуток цих трьох величин.

Електрична енергія

Ми це бачили
Р = Вт/т
і
W = UIt

Замінюючи W, ми пишемо:
P = UIt/t
і спростивши через t, отримаємо загальну формулу електричної потужності.

З:
U в Вольт
Я в Ампері
P у ватах.

Потужність в електричному ланцюзі

Потужність, що подається генератором, дорівнює потужності, що поглинається приймачем.

Вимірювання електричної потужності

Ми використовуємо ватметр. Це пристрій, який має "струмові" клеми, які будуть з'єднані послідовно з приймачем або затискачем амперметра і клемами "напруги", які будуть паралельно підключені до приймача.

Якщо голка пристрою відхиляється в неправильному напрямку, з'єднанняструмові клеми або що з клеми напруги.
Для електронних та цифрових вимірювальних приладів значення можна зчитувати безпосередньо. При постійному струмі або у випадку резистивного приймача потужність може бути отримана шляхом вимірювання напруги та інтенсивності струму і шляхом складання добутку цих двох значень.

Зараз існують вимірювальні прилади, які у формі затиску амперметра здатні вимірювати потужність, інтенсивність, напругу та інші фізичні величини (частота, гармоніка, Cos phi тощо).

Вправи та аплікація

Застосування

Лампа автомобільної фари поглинає потужність 55 Вт і живиться постійним струмом 12 В.
Обчисліть струм, що протікає через колбу, та енергію, що поглинається протягом 4 годин роботи.

Ми маємо:
U = 12 вольт,
P = 55 Вт.
Ми використовуємо формулу I = P/U .

Розрахунок I:
I = 55/12
I = 4,58 A .

Розрахунок W в джоулях:
Ш = 55 × 4 × 3600
Ш = 792000 Дж .

Вправи

Вправа 1

Приймач, що живиться напругою 100 В, перетинається струмом 5 А протягом двох годин.
Обчисліть потужність приймача.
Обчисліть енергію, що поглинається цим приймачем.

Вправа 2

Приймач перетинається струмом 10 ампер протягом 3 с.
Обчисліть кількість електроенергії, поглиненої цим приймачем.
Розрахуйте енергію, поглинену цим приймачем, якщо він живився напругою 400 В.

Вправа 3

Приймач, який піддається напрузі 100 В, поглинає потужність 900 Вт.
Обчисліть інтенсивність струму, що протікає через нього.

Вправа 4

Постійний струм 6 А при 120 В проходить через електродвигун.
Обчисліть потужність, яку він поглинає.

Вправа 5

Приймач, який поглинає потужність 1500 Вт, перетинається струмом 8 А.
Обчисліть напругу, якій піддається цей приймач.