Вимірювання потужності. Механічна потужність формула та визначення

тобто добуток векторів сили на швидкість руху – і є потужність. У чому вона вимірюється? За міжнародною системою СІ, одиницею виміру даної величини є 1 Ватт.

Ватт та інші одиниці виміру потужності

Ватт означає потужність, де за одну секунду виконується робота в один джоуль. Останню одиницю назвали так на честь англійця Дж.Уатта, який винайшов і спорудив першу парову машину. Але він у своїй використав іншу величину - кінську силу, яка застосовується і по сьогодні. Одна кінська сила приблизно дорівнює 735,5 Ватт.

Таким чином, крім Ватта, потужність вимірюють у метричній кінській силі. А при дуже малому значенні також використовують Ерг, що дорівнює десяти мінус сьомого ступеня Ватт. Можливий і вимір в одній одиниці маси/сили/метрів за секунду, що дорівнює 9,81 Ватт.

Потужність у двигуні

Названа величина є однією з найважливіших у будь-якому моторі, який буває різної потужності. Наприклад, електрична бритва має соті частки кіловата, а ракета космічного корабля налічує мільйони.

Для різного навантаження потрібна різна потужність для збереження певної швидкості. Наприклад, машина стане важчою, якщо в неї помістити більше вантажу. Тоді сила тертя об дорогу збільшиться. Тому, щоб підтримувати ту ж швидкість, що й у ненавантаженому стані, потрібна велика потужність. Відповідно, мотор з'їдатиме більше палива. Про цей факт відомо всім водіям.

Але при великій швидкості важлива і інерція машини, яка прямо пропорційна до її маси. Досвідчені водії, які знають про цей факт, знаходять при їзді краще поєднання палива і швидкості, щоб бензину йшло менше.

Потужність струму

У чому вимірюється потужність струму? У тій самій одиниці за системою СІ. Вона може бути виміряна прямим чи непрямим методом.

Перший спосіб реалізується за допомогою ватметра, що споживає істотну енергію і сильно навантажує джерело струму. З його допомогою вимірюється від десяти Ват і більше. Непрямий метод використовують при необхідності виміряти малі значення. Приладами для цього є амперметр і вольтметр, приєднані до споживача. Формула в даному випадку матиме такий вигляд:

При відомому опорі навантаження, вимірюємо величину струму, що протікає через неї, і знаходимо потужність так:

P = I 2 ∙ R н.

За формулою P = I 2 /R н може бути вичищена потужність струму.

У чому вона вимірюється в мережі трифазного струму, теж не секрет. Для цього застосовують вже знайомий прилад – ватметр. Причому вирішити завдання, чим вимірюється електрична потужність, можна за допомогою одного, двох або навіть трьох приладів. Наприклад, для чотирипровідної установки потрібно три пристрої. А для трипровідного при несиметричному навантаженні – два.

За певний проміжок часу, до цього проміжку часу.

Ефективна потужність, потужність двигуна, що віддається робочій машині безпосередньо або через силову передачу Розрізняють корисну, повну та номінальну Е. м. двигуна. Корисною називають Е. м. двигуна за вирахуванням витрат потужності на приведення в дію допоміжних агрегатів або механізмів, необхідних для його роботи, але які мають окремий привід (не від двигуна безпосередньо). Повна Е. м. - Потужність двигуна без відрахування зазначених витрат. Номінальна Е. м., або просто номінальна потужність - Е. м., гарантована заводом-виробником для певних умов роботи. Залежно від типу та призначення двигуна встановлюються Е. м., що регламентуються стандартами або технічними умовами (наприклад, найбільша потужність суднового реверсивного двигуна при певній частоті обертання колінчастого валу у разі заднього ходу судна – так звана потужність заднього ходу, найбільша потужність авіаційного двигуна при мінімальному питомій витраті палива - так звана крейсерська потужність тощо). Е. м. залежить від форсування (інтенсифікації) робочого процесу, розмірів та механічного ккд двигуна.

Одиниці виміру

Іншою поширеною одиницею вимірювання потужності є кінська сила.

Потужність у механіці

Якщо на тіло, що рухається, діє сила , то ця сила здійснює роботу. Потужність у цьому випадку дорівнює скалярному твору вектора сили на вектор швидкості, з якої рухається тіло:

M- момент, - кутова швидкість, - число пі, n- Частота обертання (про/хв).

Електрична потужність

Електрична потужність- фізична величина, що характеризує швидкість передачі чи перетворення електричної енергії.

S - Повна потужність, ВА

P - Активна потужність, Вт

Q - Реактивна потужність, ВАр

Прилади для вимірювання потужності

Примітки

Див. також

Посилання

• Вплив форми електричного струму з його дію. Журнал "Радіо", номер 6, 1999 р.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Потужність (фізика)" в інших словниках:

Наука, що вивчає найпростіші і водночас найбільш загальні закономірності явищ природи, св ва та будову матерії та закони її руху. Поняття Ф. та її закони лежать в основі всього природознавства. Ф. відноситься до точних наук і вивчає кількості ... Фізична енциклопедія

Приклади різноманітних фізичних явищ Фізика (від ін. грец. φύσις … Вікіпедія

I. Предмет і структура фізики Ф. - наука, що вивчає найпростіші і водночас найбільш загальні закономірності явищ природи, властивості та будову матерії та закони її руху. Тому поняття Ф. і се закони лежать в основі всього ... Велика Радянська Енциклопедія

Фізика високих щільностей енергій (Hed Energy Density Physics, HED Physics) розділ фізики на стику фізики конденсованого стану та фізики плазми, що займається вивченням систем, що мають високу щільність енергії. Під високою … Вікіпедія

Електрична потужність - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. Зміст 1 Миттєва електрична потужність … Вікіпедія

Електрична потужність - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. 1 Миттєва електрична потужність 2 Потужність постійного струму … Вікіпедія

Цей термін має й інші значення, див. Інтенсивність. Інтенсивність Розмірність MT−3 Одиниці виміру СІ Вт/м² … Вікіпедія

Ваттметр (ват + гр. μετρεω вимірюю) вимірювальний прилад, призначений для визначення потужності електричного струму або електромагнітного сигналу. Зміст 1 Класифікація 2 Ваттметри низької частоти та постійного струму … Вікіпедія

Потужністю називається фізична величина, яка показує, наскільки рухається енергія всередині електричного кола конкретного обладнання. Що вона являє собою, в яких одиницях виявляється, у чому вимірюється потужність, які є для цього прилади? Про це та інше далі.

Потужністю називається скалярний вид фізичної величини, що дорівнює швидкості зміни з перетворенням, передачею або споживанням системної енергії. Згідно з вужчим поняттям, це показник, що дорівнює відношенню витраченого часу на роботи до самого періоду, що витрачається на роботу. Позначається в механіці символом N. У електротехнічній науці використовується буква P. Нерідко можна побачити також символ W від слова ват.

Потужність

Розрізняється корисна, повна та номінальна в машинному двигуні. Корисна це сила двигуна, крім витрат, які витрачені працювати всіх інших систем. Повна - зазначена сила без відрахувань, а номінальна - зазначена та гарантована заводом.

Додаткова інформація!Також є потужність звуку та вибухового звуку. У першому випадку це скалярна величина, пов'язана зі звуковими хвилями та звуковою енергією, яка також вимірюється у ватах, а друга пов'язана з енерговиділенням тротилових розкладів.

Основне поняття у навчальному посібнику

У чому вимірюється

Застарілою вимірювальною одиницею вважається кінська сила. Відповідаючи чітко на питання, у чому вимірюється механічна потужність, варто зазначити, що згідно з сучасними міжнародними показниками, одиниця потужності це ват. Варто зазначити, що ват – похідна одиниця, яка пов'язана з іншими. Вона дорівнює Джоулю за секунду або кілограма, помноженого на метр у квадраті, поділений на секунду. Також ват це вольт, помножений на ампер.

Ват ділитися на мега, кіло і вольт ампер.

Формули для вимірювання

Потужність - величина, яка безпосередньо пов'язана з іншими показниками. Так, вона прямим чином пов'язана з часом, силою, швидкістю, вектором сили та швидкістю, модулем сили та швидкості, моментом сили та частотою обертання. Нерідко в формулах при обчисленні електричної потужності різновиду задіюється також число Пі, показник опору, миттєвий струм з напругою на конкретному ділянці електричної мережі, активна, повна і реактивна сила. Безпосереднім учасником у обчисленні є амплітуда з кутовою швидкістю та початковою силою струму з напругою.

Електрична

Електричною потужністю називається величина, яка показує, з якою швидкістю чи перетворенням рухається електрична енергія. Для вивчення миттєвої електричної потужності на певній ділянці ланцюга, необхідно знати значення струму і напруги миттєвого струму і перемножити дані значення.

Щоб зрозуміти, скільки складає активний, повний, реактивний або миттєвий реактивний показник, потрібно знати точні цифри амплітуди струму, амплітуди напруги, кута струму з напругою, а також кутову швидкість і час, оскільки всі існуючі фізичні формулизводяться до цих параметрів. Також у формулах задіюється синус, косинус кута та значення 1/2.

Поняття електричної потужності

Гідравлічна

Гідравлічним потужним показником в гідромашині або гідроциліндрі називається добуток машинного перепаду тиску на рідинну витрату. Як правило, це основне формулювання, взяте з єдиної існуючої формули для обчислення.

Зверніть увагу!Більше алгебраїчних та інженерних правил можна знайти у прикладній науці про рухи рідин та газів, а саме у гідравліці.

Постійного та змінного струму

Що стосується потужності постійного зі змінним струмом, то найчастіше їх зараховують до електричного різновиду. Конкретного поняття для двох різновидів немає, проте їх можна обчислити, виходячи з наявних установок алгебри. Так, потужністю постійного струму є добуток сили струму і постійної напруги або подвоєне значення сили струму на електричний опір, яке, в свою чергу, обчислюється розподілом подвійної напруги на звичайний опір.

Що стосується змінного струму, це добуток сили струму з напругою та косинусом зсуву фаз. При цьому безперешкодно можна порахувати лише активний та реактивний різновид. Дізнатися повне потужне значення можна через векторну залежність цих показників та площі.

Щоб виміряти ці показники, можна скористатися як зазначеними вище приладами, і фазометром. Цей прилад служить, щоб обчислити реактивний різновид за державним зразком.

Поняття змінної потужності струму

У цілому нині, потужність - це величина, основне призначення якої показувати силу роботи конкретного приладу та у часто швидкість діяльності, взаємодіючи з нею. Вона буває механічною, електричною, гідравлічною та для постійного зі змінним струмом. Вимірюється за міжнародною системою у ватах та кіловатах. Приладами для обчислення виступає вольтметр, ваттметр. Основні формули для самостійного розрахунку перераховані вище.

Потужність є фізичним показником. Вона визначає роботу, що виконується в часовому відрізку і допомагає вимірювати енергетичну зміну. Завдяки одиниці вимірювання потужності струму легко визначається швидкісний енергетичний перебіг енергії у будь-якому просторовому проміжку.

Розрахунок та види

Через пряму залежність потужності від напруги в мережі та струмового навантаження слід, що ця величина може з'являтися як від взаємодії великого струму з малою напругою, так і внаслідок виникнення значної напруги з малим струмом. Такий принцип можна застосувати для перетворення в трансформаторах і при передачі електроенергії на великі відстані.

Існує формула до розрахунку цього показника. Вона має вигляд P = A / t = I * U, де:

• Р є показником струмової потужності, що вимірюється у ватах;
• А - струмова робота на ланцюговій ділянці, що обчислюється джоулями;
• t виступає тимчасовим проміжком, протягом якого здійснювалася струмова робота, що визначається в секундах;
• U є електронапругою ділянки ланцюга, що обчислюється Вольтами;
• I - струмова сила, що обчислюється в амперах.

Електрична потужність може мати активні та реактивні показники. У першому випадку відбувається перетворення потужності в іншу енергію. Її вимірюють у ватах, так як вона сприяє перетворенню вольта та ампера.

Реактивний показник потужності сприяє виникненню самоіндукційного явища. Таке перетворення частково повертає енергетичні потоки назад у мережу, через що відбувається зміщення струмових значеньта напруги з негативним впливом на електромережу.

Визначення активного та реактивного показника

Активна потужна сила обчислюється шляхом визначення загального значення однофазного ланцюга в синусоїдальному струмі за потрібний часовий проміжок. Формула розрахунку представлена ​​у вигляді виразу Р = U * I * cos φ, де:

• U і I виступають в якості середньоквадратичного струмового значення та напруги;
• cos φ є кутом міжфазного зсуву між цими двома величинами.

Завдяки потужності активності електроенергія перетворюється на інші енергетичні види: теплову та електромагнітну енергії. Будь-яка електромережа зі струмом синусоїдального або несинусоїдального напрямку визначає активність ланцюгової ділянки підсумовуванням потужностей кожного окремого ланцюгового проміжку. Електропотужність трифазної ланцюгової ділянки визначається сумою кожної фазної потужності.

Аналогічним показником активної сили потужності вважається величина потужності проходження, яка розраховується шляхом різниці між її падінням і відображенням.

Реактивний показник вимірюється у вольт-амперах. Він є величиною, застосовуваної визначення електротехнічних навантажень, створюваних електромагнітними полями всередині ланцюга змінного струму. Одиниця вимірювання потужності електричного струму обчислюється множенням середньоквадратичного значення напруги в мережі U на змінний струм I та кут фазного синуса між цими величинами. Формула розрахунку виглядає так: Q = U * I * sin.

Якщо струмове навантаження менше напруги, тоді фазне зміщення має позитивне значення, якщо навпаки - негативне.

Величина виміру

Основною електротехнічною одиницею є потужність. Щоб визначити, у чому вимірюється потужність електричного струму, потрібно вивчити основні характеристики цієї величини. За законами фізики її вимірюють у ватах. У разі виробництва та побуті величина перетворюється на кіловати. Обчислення великих потужних масштабів вимагають переведення в мегавати. Такий підхід практикується на електростанціях для одержання електричної енергії. Робота обчислюється у джоулях. Величина визначається такими співвідношеннями:

Споживча потужна сила позначається на самому електроприладі або в паспорті до нього. Визначивши цей параметр, можна отримати значення таких показників, як напруга та електричний струм. Показники, що використовуються, вказують, у чому вимірюється електрична потужність, вони можуть виступати у вигляді ватметрів і варметрів. Реактивна сила показника потужності визначається фазометром, вольтметром та амперметром. Державним стандартом те, у чому вимірюється потужність струму, вважається частотний діапазон від 40 до 2500 Гц.

Приклади обчислень

Для розрахунку струму чайника при електропотужності 2 КВт використовується формула I = P / U = (2 * 1000) / 220 = 9 А. Для запитування приладу в електромережу не використовується довжина роз'єму в 6 А. Наведений приклад застосовується тільки тоді, коли повністю збігається фазне та струмове напруження. За такою формулою розраховується показник побутових приладів.

Якщо ланцюг є індуктивним або має велику ємність, то розраховувати потужнісну одиницю струму необхідно, використовуючи інші підходи. Наприклад, потужність двигуна з змінним струмом визначається з допомогою формули Р ​​= I * U * cos.

При підключенні приладу до трифазної мережі, де напруга становитиме 380, для визначення показника сумуються потужності кожної фази окремо.

Як приклад можна розглянути котел з трьох фаз потужністю місткістю 3 кВт, кожна з яких споживає 1 кВт. Струм на фазі розраховується за формулою I=P/U*cos φ=(1*1000)/220=4,5 А.

На будь-якому приладі позначається показник електропотужності. Передача великого потужного обсягу, що застосовується у виробництві, здійснюється по лініях з високою напругою. Енергія перетворюється за допомогою підстанцій на електрострумта подається для використання в електромережі.

Завдяки нескладним розрахункам визначається потужність. Знаючи її значення, можна зробити правильний підбір напруги для повноцінної роботи приладів побутового та промислового призначення. Такий підхід допоможе уникнути перегорання електроприладів та убезпечити електромережі від перепадів напруги.

Всі ми щодня стикаємося з електроприладами, здається без них наше життя зупиняється. І у кожного з них у технічній інструкції вказано потужність. Сьогодні ми розберемося що це таке, дізнаємося види і способи розрахунку.

Електроприлади, що підключаються до електромережі, працюють у ланцюгу змінного струму, тому ми розглядатимемо потужність саме в цих умовах. Проте, насамперед, дамо загальне визначення поняттю.

Потужність - фізична величина, що відображає швидкість перетворення або передачі електричної енергії.

У вужчому сенсі, кажуть, що електрична потужність - це відношення роботи, що виконується за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу.

Якщо перефразувати це визначення менш науково, то виходить, що потужність - це певна кількість енергії, яка витрачається споживачем за певний проміжок часу. Найпростіший приклад – це звичайна лампа розжарювання. Швидкість, з якою лампочка перетворює споживану електроенергію на тепло і світло, і буде її потужністю. Відповідно, чим вище цей показник у лампочки, тим більше вона споживатиме енергії, і тим більше віддасть світла.

Оскільки в даному випадку відбувається не тільки процес перетворення електроенергії на якусь іншу ( світлову, теплову тощо.), але й процес коливання електричного та магнітного поля, з'являється зсув фази між силою струму та напругою, і це слід враховувати при подальших розрахунках.

При розрахунку потужності в ланцюзі змінного струму прийнято виділяти активну, реактивну та повну складові.

Поняття активної потужності

Активна "корисна" потужність - це та частина потужності, яка характеризує безпосередньо процес перетворення електричної енергії в якусь іншу енергію. Позначається латинською літерою P і вимірюється ( Вт).

Розраховується за такою формулою: P = U⋅I⋅cosφ,

де U та I – середньоквадратичне значення напруги та сили струму ланцюга відповідно, cos φ – косинус кута зсуву фази між напругою та струмом.

ВАЖЛИВО!Описана раніше формула підходить для розрахунку ланцюгів з проте потужні агрегати зазвичай використовують мережу з напругою 380В. У такому разі вираз слід помножити на корінь із трьох або 1.73

Поняття реактивної потужності

Реактивна "шкідлива" потужність - це потужність, яка утворюється в процесі роботи електроприладів з індуктивним або ємнісним навантаженням, і відображає те, що відбувається електромагнітні коливання. Простіше кажучи, це енергія, яка переходить від джерела живлення до споживача, а потім повертається у мережу.

Використовувати в справах цю складову природно не можна, мало того, вона багато в чому шкодить мережі харчування, тому зазвичай його намагаються компенсувати.

Позначається ця величина латинською літерою Q.

ПАМ'ЯТАЙТЕ!Реактивна потужність вимірюється над звичних ватах ( Вт), а у вольт-амперах реактивних ( Вар).

Розраховується за такою формулою:

Q = U⋅I⋅sinφ,

де U та I – середньоквадратичне значення напруги та сили струму ланцюга відповідно, sinφ – синус кута зсуву фази між напругою та струмом.

ВАЖЛИВО!При розрахунку ця величина може бути як позитивною, і негативною – залежно від руху фази.

Ємнісні та індуктивні навантаження

Головна відмінність реактивної ( ємнісної та індуктивної) навантаження - наявність, власне, ємності та індуктивності, які мають властивість запасати енергію і пізніше віддавати її в мережу.

Індуктивне навантаження перетворює енергію електричного струму спочатку на магнітне поле ( протягом половини півперіоду), а далі перетворює енергію магнітного поля на електричний струм і передає в мережу. Прикладом можуть бути асинхронні двигуни, випрямлячі, трансформатори, електромагніти.

ВАЖЛИВО!При роботі індуктивного навантаження крива струму завжди відстає від кривої напруги половину напівперіоду.

Ємне навантаження перетворює енергію електричного струму в електричне поле, а потім перетворює енергію отриманого поля назад в електричний струм. Обидва процеси знову ж таки протікають протягом половини півперіоду кожен. Прикладами є конденсатори, акумулятори, синхронні двигуни.

ВАЖЛИВО!Під час роботи ємнісного навантаження крива струму випереджає криву напруги половину напівперіоду.

Коефіцієнт потужності cosφ

Коефіцієнт потужності cosφ ( читається косинус фі) - це скалярна фізична величина, що відображає ефективність споживання електричної енергії. Простіше кажучи, коефіцієнт cosφ показує наявність реактивної частини та величину одержуваної активної частини щодо всієї потужності.

Коефіцієнт cosφ знаходиться через відношення активної електричної потужності до повної електричної потужності.

ЗВЕРНІТЬ УВАГУ!При більш точному розрахунку слід враховувати нелінійні спотворення синусоїди, проте у звичайних розрахунках ними нехтують.

Значення цього коефіцієнта може змінюватися від 0 до 1 ( якщо розрахунок ведеться у відсотках, то від 0% до 100%). З розрахункової формули не складно зрозуміти, що чим більше його значення, тим більша активна складова, а значить, краще показники приладу.

Концепція повної потужності. Трикутник потужностей

Повна потужність – це геометрично обчислювана величина, що дорівнює кореню із суми квадратів активної та реактивної потужностей відповідно. Позначається латинською літерою S.

S = U⋅I

ВАЖЛИВО!Повна потужність вимірюється у вольт-амперах ( ВА).

Трикутник потужностей – це зручне уявлення всіх раніше описаних обчислень та співвідношень між активною, реактивною та повною потужностями.

Катети відображають реактивну та активну складові, гіпотенуза – повну потужність. Відповідно до законів геометрії, косинус кута φ дорівнює відношенню активної та повної складових, тобто є коефіцієнтом потужності.

Як знайти активну, реактивну та повну потужності. Приклад розрахунку

Усі розрахунки будуються на зазначених раніше формулах та трикутнику потужностей. Давайте розглянемо завдання, що найчастіше зустрічається на практиці.

Зазвичай на електроприладах вказано активну потужність і значення коефіцієнта cosφ. Маючи ці дані неважко розрахувати реактивну та повну складові.

Для цього розділимо активну потужність на коефіцієнт cos і отримаємо твір струму і напруги. Це буде повною потужністю.

Як вимірюють cosφ на практиці

Значення коефіцієнта cosφ зазвичай вказано на бирках електроприладів, проте, якщо необхідно виміряти його практично користуються спеціалізованим приладом – фазометром . Також із цим завданням легко впорається цифровий ватметр.

Якщо отриманий коефіцієнт cosφ досить низький, його можна компенсувати практично. Здійснюється це переважно шляхом включення в ланцюг додаткових приладів.

1. Якщо необхідно скоригувати реактивну складову, слід включити в ланцюг реактивний елемент, що діє протилежно вже функціонуючого приладу. Для компенсації роботи асинхронного двигуна, для прикладу індуктивного навантаження, паралель включається конденсатор. Для компенсації синхронного двигуна підключається електромагніт.
2. Якщо необхідно скоригувати проблеми нелінійності в схему вводять пасивний коректор коефіцієнта cosφ, наприклад, це може бути дросель з високою індуктивністю, що послідовно підключається з навантаженням.

Потужність – це один із найважливіших показників електроприладів, тому знати якою вона буває і як розраховується, корисно не лише школярам та людям, що спеціалізуються в галузі техніки, а й кожному з нас.