Статьи
Електричний струм і його потужність
Електрична енергія є найбільш поширеним видом енергії і по праву може вважатися основою сучасної цивілізації. Вона знайшла широке застосування в побуті і в усіх галузях народного господарства. Важко перелічити всі найменування електропобутових приладів: холодильники, пральні машини, кондиціонери, вентилятори, телевізори, магнітофони, освітлювальні прилади і т.д. Не можна уявити промисловість без електричної енергії. У сільському господарстві застосування електрики безперервно розширюється: годування і напування тварин, догляд за ними, опалення та вентиляція, інкубатори, калорифери, сушарки тощо
Електричний струм і його потужність
Сучасна наука ще не може до кінця пояснити природу електрики. Нам, втім, цілком достатньо уявлення про те, що електричний струм - це спрямований рух електронів в провіднику. І що цей самий струм може здійснювати роботу, наприклад, обертати електродвигун, нагрівати електроплитку, давати світло. Ця робота є наслідком того, що під дією електричного поля відбувається перенесення, переміщення електронів в провіднику, що теж означає вчинення певної роботи.
Як ви пам'ятаєте, електричний струм характеризується двома основними параметрами: напругою і силою струму.
Напруга є різниця потенціалів між двома полюсами джерела струму при замкнутому електричному ланцюзі.
Сила струму - це кількість електрики, що проходить через поперечний переріз ланцюга протягом однієї секунди.
Легко помітити, що обидва терміни «напруга» і «сила струму» не є первинними, вони визначаються через інші поняття, в даному випадку - «потенціал» і «кількість електрики». Але ми знову не будемо заглиблюватися в фізичні теорії, обмежившись наведеними визначеннями, прийнявши їх за первинні. Зрештою, нам важливо тільки навчитися застосовувати ці поняття на практиці.
Ви, звичайно, знаєте ще зі школи, напруга прийнято позначати буквою U і одиницею виміру напруги є вольт (В). Сила струму вимірюється в амперах (А) і позначається латинською буквою I.
Як вже було сказано в попередній статті , Здатність виконувати роботу характеризується величиною, яка називається енергією. А ставлення роботи, що виконується за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу називається потужністю. Оскільки струм теж може здійснювати роботу, поняття потужності може бути застосовано і в цьому випадку.
Потужність постійного електричного струму позначається буквою P і обчислюється за формулою P = U * I, тобто є твором напруги на силу струму. Тобто чим більше напруга і сила струму, тим більше відбувається роботи в одиницю часу, тобто більше потужність електричного струму. Ми не будемо займатися з'ясуванням того, чому це саме так, приймемо це твердження на віру (воно обґрунтоване у фізиці і ви можете при бажанні знайти це обгрунтування).
Одиницею електричної потужності є ват (Вт).
Один ват - це потужність, яку розвиває електричний струм величиною в один ампер при напрузі в один вольт.
Більшими одиницями потужності є:
- 1 кіловат (кВт) = 1000 Вт.
- 1 мега ват (МВт) = 1000 кВт.
Більш дрібні одиниці:
- 1 милливатт (мВт) = 10-3 Вт;
- 1 мікроват (мкВт) = 10-6 Вт.
Потужність буде нам зустрічатися при оцінці сонячних батарей, вітро-генераторів і інших пристроїв, здатних виробляти електричний струм.
Електричний ланцюг
Електричне коло - сукупність пристроїв, елементів, призначених для протікання електричного струму, електромагнітні процеси в яких можуть бути описані за допомогою понять сила струму і напруга.
Електричні ланцюги поділяють на лінійні та нелінійні. Лінійні ланцюга - це такі, які складаються тільки з лінійних елементів - провідників, опорів, конденсаторів, котушок індуктивності без феромагнітних сердечників. У лінійних елементів електричний опір постійно і ток знаходиться в прямо пропорційній залежності по відношенню до напруги, що виражається відомим законом Ома:
Сила струму в ділянці кола прямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна електричному опору даної ділянки ланцюга,
I = U / R.
Це співвідношення виражає закон Ома для однорідної ділянки кола: сила струму в провіднику прямо пропорційна прикладеній напрузі і обернено пропорційна опору провідника. Величину R прийнято називати електричним опором. В СІ одиницею електричного опору провідників служить му (Ом). Опором в 1 Ом володіє такою ділянку ланцюга, в якому при напрузі 1 В виникає струм силою 1 А. Провідники, що підкоряються закону Ома, називаються лінійними.
Слід зазначити, що існує багато матеріалів і пристроїв, які не підкоряються закону Ома, наприклад, напівпровідниковий діод або газорозрядна лампа. Навіть у металевих провідників при досить великих токах спостерігається відхилення від лінійного закону Ома, так як електричний опір металевих провідників зростає з ростом температури. Тобто більшість реальних електричних ланцюгів є нелінійними.
Нелінійні ланцюги містять елементи, електричний опір яких істотно залежить від струму або напруги, в результаті чого струм не знаходиться в прямо пропорційній залежності по відношенню до напруги. Залежність струму від напруги в нелінійних колах висловлюється так званої вольт-амперної характеристикою, одержуваної експериментально і зображуваної деяким графіком в системі координат «ток-напруга».
Нелінійні елементи (підсилювачі, генератори і т.п.) надають електричних ланцюгів властивості, недосяжні в лінійних ланцюгах (стабілізація напруги або струму, посилення постійного струму і ін.).
Потужність змінного струму
Закон Ома в тій формі, як він був сформульований ваше (I = U / R), справедливий тільки для ланцюгів постійного струму. Отже і формула потужності струму P = I * U, теж діє тільки для ланцюгів постійного струму. На практиці найбільше значення має розрахунок потужності в ланцюгах змінного синусоїдального напруги і струму.
Потужність в колі змінного струму виражається комплексним числом виду P + i * Q. При цьому його дійсна частина називається активною потужністю, уявна частина реактивної потужністю.
Активна потужність характеризує швидкість незворотного перетворення електричної енергії в інші види енергії (теплову та електромагнітну). Реактивна потужність - величина, що характеризує навантаження, створювані в електротехнічних пристроях коливаннями енергії електромагнітного поля в ланцюзі синусоїдального змінного струму
Одиницею вимірювання активної потужності є по колишньому ват, а одиницею виміру реактивної потужності - вольт-ампер реактивний (VAr, вар, вар).
Але практичне значення має повна потужність, як величина, що описує навантаження, фактично накладаються споживачем на елементи електромережі, що підводить (дроти, кабелі, розподільні щити, трансформатори, лінії електропередачі), так як ці навантаження залежать від споживаного струму, а не від фактично використаної споживачем енергії .
Повна потужність - величина, що дорівнює добутку діючих значень періодичного електричного струму I в ланцюзі і напруги U на її затисках: S = U * I; пов'язана з активною і реактивною потужностями співвідношенням: S = sqrt [P2 + Q2], де P - активна потужність, Q - реактивна потужність, sqrt - символ квадратного кореня.
Одиниця повної електричної потужності - вольт-ампер (V · A, В · А).