Определение полезной мощности источника тока физической формулой

Снова нас ждет определение внутреннего сопротивления источника, но задачки поинтереснее. Здесь обязательно будем применять либо выделившуюся в виде тепла энергию, либо мощность. Также определим КПД источника тока.

Задача 1. Аккумулятор с ЭДС В и внутренним сопротивлением Ом замкнут медной проволокой, масса которой г. Сопротивление проволоки подобрано так, что во внешней цепи выделяется наибольшая мощность. На сколько градусов нагреется проволока в течение мин? Потерями тепла пренебречь. 12.176.

Наибольшая мощность выделяется тогда, когда , то есть сопротивление проволоки равно 1 Ом. Ток в цепи тогда будет равен
Следовательно¸ за пять минут выделится количество теплоты, равное
Так как , то
Откуда

Ответ: на 30 градусов.
Задача 2. При подключении лампочки к источнику тока с ЭДС В напряжение на ней В. Найти КПД источника тока.
Так как на лампочке падает 8 В, то на внутреннем сопротивлении – 2. Таким образом, сопротивление лампы в четыре раза больше внутреннего сопротивления источника. Тогда можно записать:

Ответ: 80%.
Задача 3. К источнику тока, внутреннее сопротивление которого Ом, подключен резистор сопротивлением Ом. Найти коэффициент полезного действия источника тока.

Задача аналогична предыдущей – ответ 90%.

Задача 4. При подключении к источнику тока резистора Ом, а затем последовательно с ним резистора Ом коэффициент полезного действия возрос в раза. Определить сопротивление источника тока.

Запишем КПД при подключении первого резистора:
А при подключении двух:
По условию , поэтому
Подставим числа и решим:
Ответ: 32,4 Ом.

Задача 5. Лампочки, сопротивления которых Ом и Ом,
подключенные поочередно к некоторому источнику тока, потребляют одинаковую мощность. Найти внутреннее сопротивление источника тока и КПД цепи в каждом случае. 12.180.

Ток в первом случае:
Во втором случае:
Мощности в обоих случаях:
Удобно здесь сократить на и сразу извлечь корни:
КПД цепи в первом случае равен
А во втором
Ответ: Ом, , .

Задача 6. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи, состоящей из трех источников тока, если и .

Источник: https://easy-physic.ru/postoyannyj-tok-kpd-istochnika/

Определение условий экономичного использования источника тока (Раздел дисциплины "Электричество и магнетизм")

Лабораторная работа №10-Э
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ЭКОНОМИЧНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА
Цель работы
— экспериментальная проверка теоретических выводов о наиболее экономичном
использовании энергии источника тока.

Теоретический анализ проблемы.

Экономичное использование источника тока
предусматривает создание таких условий, при которых будут достаточно высокими,
с одной стороны — полезная мощность, а с другой стороны — коэффициент
полезного действия.

Теоретический расчёт показывает, что совместить
эти два требования практически не возможно, а можно только обеспечить оптимальное
соотношение для этих двух параметров.

Действительно, простой расчёт показывает, что мощность
Ра, выделяемая источником тока с ЭДС e во внешней цепи, то есть полезная мощность, будет максимальной,
если сопротивление R внешней нагрузки равно внутреннему сопротивлению
r источника тока:
Ра =
I2R = e2; Ра = Раmax при
=0 или при R = r.
Максимальное значение
полезной мощности равно:
Раmax = .
(1)
Коэффициент полезного действия (КПД) по определению равен:
h = = =
= ,
(2)
где Р = I2(R+r)
— полная мощность, выделяемая источником тока.

При R=r КПД равен: h = 50%.
Остальные 50% мощности выделяются внутри источника тока, что приводит к большим
потерям энергии на бесполезный разогрев источника тока, перегреву его
внутренних частей и выходу источника тока из строя. Понятно, что повышения КПД
источников тока является важнейшим требованием при эксплуатации силовых
электрических установок.

Чем меньше внутреннее сопротивление источника тока,
тем выше его КПД. Таким образом, при R > r полезная мощность по
абсолютному значению хотя и уменьшается, но её доля в полной мощности,
выделяемой источником тока, возрастает, что экономически
оказывается более выгодным.

Однако, повышение КПД ограничивается тем, что, например,
уже при R=5r и h = 83%, полезная мощность
составляет всего 55% от максимально возможного значения (при R=r). А в
пределе при R ® ¥, хотя КПД h ® 1, что очень выгодно, но вся мощность при этом
выделяется внутри источника тока, а полезная мощность Ра ® 0, что, естественно, не допустимо.

Таким образом, в каждой конкретной задаче по расчёту
параметров электротехнических установок вопрос об оптимальном значении
сопротивления полезной нагрузки решается с учётом того, что является
приоритетным — повышение КПД установки или увеличение её полезной мощности.
Описание методики эксперимента.
В лабораторной работе экспериментально определяется
зависимость полезной мощности и КПД источника тока от величины сопротивления
внешней нагрузки: Ра(R) h(R).

Определение полезной мощности источника тока физической формулой

Схема лабораторной установки приведена на рис.1. В
качестве источника тока используется либо аккумуляторная батарея, либо
выпрямляющее устройство. Эти источники тока имеют очень малое внутреннее
сопротивление, соизмеримое с сопротивлением соединительных проводов.

Поэтому с
целью уменьшения погрешности измерения внутреннее сопротивление источника тока
искусственно увеличивают, присоединяя к нему последовательно эталонное
сопротивление r¢, которое по существу и является внутренним
сопротивлением источника.

В качестве внешней нагрузки используется магазин
сопротивлений М. Сила тока измеряется с помощью амперметра А.

Изменяя
сопротивление нагрузки R, измеряют силу тока I. По формуле:
Ра =
I2R.
(3)
рассчитывают полезную
мощность источника тока и строят график зависимости Ра(R), по
которому определяют внутреннее сопротивление r источника тока.
Зная
внутреннее сопротивление r по формуле:
h = (4)
рассчитывают
КПД источника тока и строят график зависимости h(R).
Сравнение графиков Ра(R) и h(R)
позволяет определить оптимальное значение внешней нагрузки, при котором КПД
будет составлять не менее 70%, а полезная мощность будет достаточно высокой.
Результаты измерений:

R, Ом	200	300	400	500	600	700
I, мА	6,6	5,6	4,8	4,2	3,8	3,5
P, мВт	78,1	94,1	92,1	88,2	86,6	85,7
h,%	40	50	57	62	67	70

Из
графика Ра(R) следует, что r=300
Ом. Вывод:
При использовании источника тока с внутренним
сопротивлением r=300 Ом, сопротивление внешней нагрузки R=700 Ом
обеспечивает КПДh=
70% при том, что полезная
мощность составляет 91,1% (85,7мВт / 94,1мВт = =0,911) от
максимально возможного её значения.
Лабораторная работа №10-Э
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ЭКОНОМИЧНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА
Цель работы
— экспериментальная проверка теоретических выводов о наиболее экономичном
использовании энергии источника тока.

Теоретический анализ проблемы.

Действительно, простой расчёт показывает, что мощность
Ра, выделяемая источником тока с ЭДС e во внешней цепи, то есть полезная мощность, будет максимальной,
если сопротивление R внешней нагрузки равно внутреннему сопротивлению
r источника тока:
Ра =
I2R = e2; Ра = Раmax при
=0 или при R = r.
Максимальное значение
полезной мощности равно:
Раmax = .
(1)
Коэффициент полезного действия (КПД) по определению равен:
h = = =
= ,
(2)
где Р = I2(R+r)
— полная мощность, выделяемая источником тока.

Однако, повышение КПД ограничивается тем, что,
например, уже при R=5r и h = 83%, полезная
мощность составляет всего 55% от максимально возможного значения (при R=r).
А в пределе при R ® ¥, хотя КПД h ® 1, что очень выгодно, но вся мощность при этом
выделяется внутри источника тока, а полезная мощность Ра ® 0, что, естественно, не допустимо.

Таким образом, в каждой конкретной задаче по расчёту
параметров электротехнических установок вопрос об оптимальном значении
сопротивления полезной нагрузки решается с учётом того, что является
приоритетным — повышение КПД установки или увеличение её полезной мощности.
Описание методики эксперимента.
В лабораторной работе экспериментально определяется
зависимость полезной мощности и КПД источника тока от величины сопротивления
внешней нагрузки: Ра(R) h(R).

Изменяя
сопротивление нагрузки R, измеряют силу тока I. По формуле:
Ра =
I2R.
(3)
рассчитывают полезную
мощность источника тока и строят график зависимости Ра(R), по
которому определяют внутреннее сопротивление r источника тока.
Зная
внутреннее сопротивление r по формуле:
h =
(4)
рассчитывают
КПД источника тока и строят график зависимости h(R).
Сравнение графиков Ра(R) и h(R)
позволяет определить оптимальное значение внешней нагрузки, при котором КПД
будет составлять не менее 70%, а полезная мощность будет достаточно высокой.
Результаты измерений:
Из графика Ра(R) следует, что r=
… Ом.
Вывод:
При использовании источника тока с внутренним
сопротивлением r= … Ом, сопротивление внешней нагрузки R= … Ом обеспечивает
КПДh= 70% при том, что полезная мощность
составляет …% от максимально возможного её значения.

Источник: https://vunivere.ru/work5817

Формула мощности тока. Фактическая и номинальная мощность. КПД электрического прибора :

Действие всех известных электрических приборов происходит за счет электрической энергии. В результате этого мы получаем свет, тепло, звук, механическое движение, то есть разные виды энергии. В этой статье мы рассмотрим и изучим такое физическое понятия, как мощность электрического тока.

Формулы мощности тока

Под мощностью тока так же, как и в механике, понимают работу, которая выполняется за единицу времени. Рассчитать мощность, зная работу, которую выполняет электрический ток за некоторый промежуток времени, поможет физическая формула.

Ток, напряжение, мощность в электростатике связаны равенством, которое можно вывести из формулы A = UIt. По ней определяют работу, которую выполняет электрический ток:
P = A/t = UIt/t = UI Таким образом, формула мощности постоянного тока на любом участке цепи выражается как произведение силы тока на напряжение между концами участка.

Единицы измерения мощности

1 Вт (ватт) — мощность тока в 1 А (ампер) в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В (вольт).

Прибор для измерения мощности электрического тока называется ваттметр. Также формула мощности тока позволяет определять мощность с помощью вольтметра и амперметра.

Определение полезной мощности источника тока физической формулой

Внесистемная единица мощности — кВт (киловатт), ГВт (гигаватт), мВт (милливатт) и др. С этим связаны и некоторые внесистемные единицы измерения работы, которые часто используют в быту, например (киловатт·час). Поскольку 1кВт = 103Вт, а 1ч = 3600с, то

1кВт·ч = 103Вт·3600с = 3,6·106Вт·с = 3,6·106Дж.

Закон Ома и мощность

Используя закон Ома, формула мощности тока P = UI записывается в таком виде:

Определение полезной мощности источника тока физической формулой

P = UI = U2/R = I2/R Итак, мощность, выделяемая на проводниках, прямо пропорциональна силе тока, протекающей через проводник, и напряжению на его концах.

Фактическая и номинальная мощность

При измерении мощности в потребителе формула мощности тока позволяет определить ее фактическую величину, то есть ту, которая реально выделяется в данный момент времени на потребителе.

В паспортах различных электрических приборов также отмечают значение мощности. Ее называют номинальной. В паспорте электрического прибора обычно указывают не только номинальную мощность, но и напряжение, на которое он рассчитан. Однако напряжение в сети может немного отличаться от указанного в паспорте, например, увеличиваться.

С увеличением напряжения увеличивается и сила тока в сети, а следовательно, и мощность тока в потребителе. То есть значение фактической и номинальной мощности прибора могут отличаться. Максимальная фактическая мощность электрического устройства больше номинальной.

Это сделано с целью предотвращения выхода прибора из строя при незначительных изменениях напряжения в сети.

Если цепь состоит из нескольких потребителей, то, рассчитывая их фактическую мощность, следует помнить, что при любом соединении потребителей общая мощность во всей цепи равна сумме мощностей отдельных потребителей.

Коэффициент полезного действия электрического прибора

Как известно, идеальных машин и механизмов не существует (то есть таких, которые бы полностью превращали один вид энергии в другой или генерировали бы энергию).

Во время работы устройства обязательно часть затраченной энергии уходит на преодоление нежелательных сил сопротивления или просто «рассеивается» в окружающую среду.

Таким образом, только часть затраченной нами энергии уходит на выполнение полезной работы, для выполнения которой и было создано устройство.

Определение полезной мощности источника тока физической формулой Физическая величина, которая показывает, какая часть полезной работы в затраченной, называется коэффициентом полезного действия (далее КПД).

Другими словами, КПД показывает, насколько эффективно используется затраченная работа при ее выполнении, например, электрическим прибором.
КПД (обозначается греческой буквой η («эта»)) — физическая величина, которая характеризует эффективность электрического прибора и показывает, какая часть полезной работы в затраченной.
КПД определяется (как и в механике) по формуле:
η = AП/AЗ·100%
Если известна мощность электрического тока, формулы для определения ККД будут выглядеть так:
η = PП/PЗ·100%
Прежде чем определять КПД некоторого устройства, необходимо определить, что является полезной работой (для чего создано устройство), и что является затраченной работой (работа выполняется или какая энергия затрачивается для выполнения полезной работы).

Задача

Обычная электрическая лампа имеет мощность 60 Вт и рабочее напряжение 220 В. Какую работу выполняет электрический ток в лампе, и сколько вы платить за электроэнергию в течение месяца, при тарифе Т = 28 рублей, используя лампу 3 часа каждый день? Какая сила тока в лампе и сопротивление ее спирали в рабочем состоянии?

Решение:
1. Для решения данной проблемы: а) вычисляем время работы лампы в течение месяца; б) вычисляем работу силы тока в лампе; в) вычисляем плату за месяц по тарифу 28 рублей; г) вычисляем силу тока в лампе;
д) вычисляем сопротивление спирали лампы в рабочем состоянии.
2. Работу силы тока рассчитываем по формуле:
А = Р·t
Силу тока в лампе поможет вычислить формула мощности тока:
Р = UI; I = P/U.
Сопротивление спирали лампы в рабочем состоянии из закона Ома равно:
R = U/I.
3. СИ
[А] = Вт·ч;
[I] = 1В·1А/1В = 1A;
[R] = 1В/1A = 1Ом.
4. Вычисления:
t = 30 дней · 3 ч = 90 ч; А = 60·90 = 5400 Вт·ч = 5,4 кВт·ч; I = 60/220 = 0,3 А; R = 220/0,3 = 733 Ом;
В = 5,4 кВт·ч·28 к / кВт ч = 151 руб.
Ответ: А = 5,4 кВт·ч; I = 0,3 А; R = 733 Ом; В = 151 рубль.

Источник: https://www.syl.ru/article/189455/new_formula-moschnosti-toka-fakticheskaya-i-nominalnaya-moschnost-kpd-elektricheskogo-pribora

Мощность (физика) — это… Что такое Мощность (физика)?

Мощность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Эффективная мощность, мощность двигателя, отдаваемая рабочей машине непосредственно или через силовую передачу. Различают полезную, полную и номинальную Э. м. двигателя. Полезной называют Э. м.

двигателя за вычетом затрат мощности на приведение в действие вспомогательных агрегатов или механизмов, необходимых для его работы, но имеющих отдельный привод (не от двигателя непосредственно). Полная Э. м. — мощность двигателя без вычета указанных затрат. Номинальная Э. м., или просто номинальная мощность, — Э. м.

, гарантированная заводом-изготовителем для определённых условий работы. В зависимости от типа и назначения двигателя устанавливаются Э. м.

, регламентируемые стандартами или техническими условиями (например, наибольшая мощность судового реверсивного двигателя при определённой частоте вращения коленчатого вала в случае заднего хода судна — так называемая мощность заднего хода, наибольшая мощность авиационного двигателя при минимальном удельном расходе топлива — так называемая крейсерская мощность и т. п.). Э. м. зависит от форсирования (интенсификации) рабочего процесса, размеров и механического кпд двигателя.[1]

— средняя мощность

— мгновенная мощность

Так как работа является мерой изменения энергии, мощность можно определить также как скорость изменения энергии системы.

Единицы измерения

В системе СИ единицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю, делённому на секунду.

Другой распространённой единицей измерения мощности является лошадиная сила.

Соотношения между единицами мощности

Единицы
Вт
кВт
МВт
кгс·м/с
эрг/с
л. с.

1 ватт	1	10-3	10-6	0,102	107	1,36·10-3
1 киловатт	103	1	10-3	102	1010	1,36
1 мегаватт	106	103	1	102·103	1013	1,36·103
1 килограмм-сила-метр в секунду	9,81	9,81·10-3	9,81·10-6	1	9,81·107	1,33·10-2
1 эрг в секунду	10-7	10-10	10-13	1,02·10-8	1	1,36·10-10
1 лошадиная сила[2]	735,5	735,5·10-3	735,5·10-6	75	7,355·109	1

Мощность в механике

Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело:

F — сила, v — скорость, α — угол между вектором скорости и силы.

Частный случай мощности при вращательном движении:

M — момент, — угловая скорость, — число пи, n — частота вращения (об/мин).

Электрическая мощность

Основная статья: Электрическая мощность

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.
S=P+jQ
S — Полная мощность, ВА
P — Активная мощность, Вт
Q — Реактивная мощность, ВАр

Приборы для измерения мощности

Ваттметр
Варметр
Фазометр

Примечания

↑ Большая Советская энциклопедия
↑ «метрическая лошадиная сила»

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1047844

Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл

Определение полезной мощности источника тока физической формулой Первое упоминание об электричестве встречается в опытах древнегреческого философа Фалеса. Именно он первым обнаружил, что предметы при трении притягиваются. Одноименный термин был введен в начале 17-го века английским физиком Гилбертом, после опытов, проведенных с магнитами. Отцом же науки об электричестве считается французский ученый Кулон – именно после открытия закона, получившего его имя, электротехника начала свою победную поступь, которая продолжается до сих пор. Этот закон утверждает, что два точечных заряда в безвоздушной среде взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной их модулям и обратно – расстоянию между ними, возведенному в квадрат.

Выясним, что же представляет собой понятие электричество?

Если коротко, то это – направленное движение потока заряженных частиц. Тела, через которые они проходят, называются проводниками. Каждый проводник имеет определенное сопротивление электрическому току, которое раз

И, перед тем, как перейти к основным законам, несколько слов о заряженных частицах: они бывают, условно говоря, положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

А теперь, перейдем к главному

Основа-основ науки об электричестве – закон Ома.

Эксперимент, который провел этот немецкий физик, привел его к следующему убеждению: сила тока I, проходящего через металлический проводник, пропорциональна напряжению на его концах, или I = U/R

Здесь напряжением называется разность, образно говоря, «давлений», созданных двумя точками электрической цепи. Измеряют его в вольтах.

Электрический ток представляет собой число электронов, которые пропускает участок электрической цепи и измеряется в амперах. Сопротивлением считается свойство цепи помешать этому движению. В честь упомянутого физика, его измеряют в омах.

Иначе говоря, проводник, через который проходит ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт, обладает сопротивлением в 1 ом.

Вся остальная электротехника «пляшет» от этого.

Определение полезной мощности источника тока физической формулой

О мощности электрического тока

В физике мощностью считают скорость выполнения работы. Неважно, какой. Чем эта операция проводится быстрее, тем большей считается мощность того, кто ее исполняет, будь то человек, механическое устройство или что-то еще.

Так же и в случае с электрическим током: ее мощность представляет собой отношение работы, произведенной движущимися электрическими зарядами к промежутку времени, которое для этого понадобилось.

Проще говоря, для того, чтобы получить электрическую мощность в 1 ватт, когда источник тока имеет напряжение 1 вольт, необходимо пропустить через проводник ток в 1 ампер. Другими словами, мощность (P) можно посчитать, перемножив друг на друга электрическое напряжение и ток:

P = U*I.

Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R. Получится, что мощность равна квадрату электрического тока, помноженному на сопротивление.

Этот закон точно так же придет на помощь, если известны величины напряжения и сопротивления. В этом случае подставив вместо значения тока I = U/R, получим значение мощности, равное квадрату напряжения, поделенному на сопротивление.

Вот так – ничего сложного!

Источник: https://pue8.ru/elektrotekhnik/921-zavisimost-moshchnosti-ot-sily-toka-formula-moshchnosti-fizicheskij-smysl.html

Лабораторная работа №63

2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ
КАФЕДРА ФИЗИКИ

И.Е.МАКАРОВ, Т.К.ЮРИК, С.В.РОДЭ

Методические указания к лабораторной работе №63
«Определение полезной мощности и КПД источника постоянного тока»
Утверждено в качестве методического указания Редакционно-издательским советом МГУДТ
МГУДТ 2011
УДК 537.3 (075) М-15

Куратор РИС проф. Ракитянский В.И.

Работа рассмотрена на заседании кафедры физики и рекомендована к печати.

Зав. кафедрой Родэ С.В.

Авторы: проф. Макаров И.Е

доц. Юрик Т.К.

д.т.н. проф. Родэ С.В.

Рецензент: Сидоров В.Г. проф.,

М-15 Макаров И.Е Определение полезной мощности и КПД источника постоянного тока: методические указания/ Макаров И.Е.,Юрик Т.К., Родэ С.В. — М: ИИЦ МГУДТ, 2011 — 13 с.

Методические указания к лабораторной работе «Определение полезной мощности и КПД источника постоянного тока» содержит теоретическое введение, описание установки, порядок выполнения работы, в которой исследуются основные параметры контура, вопросы для допуска и защиты работы. Для определения параметров контура используется осциллограф.

Для студентов 1-2 курсов технологических специальностей.
УДК 53 (075.8)
Московский государственный университет дизайна и технологии, 2011
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ И КПД ИСТОЧНИКА
ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Цель
работы:опытным
путем изучить зависимость полезной
мощности и КПД
источника постоянного тока от величины
сопротивления внешней цепи (сопротивления
нагрузки).
Приборы
и принадлежности:источник
постоянного тока, миллиамперметр,
вольтметр, два магазина сопротивлений,
два ключа, провода.
Теоретическое
введение:
Электрический
ток. Основные характеристики и законы

Электрическим
током называется упорядоченное
(направленное) движение
электрических зарядов.
Обычно такое движение зарядов происходит
в проводнике, т.е. веществе (материале),
имеющем в своем составе заряженные
частицы, способные свободно передвигаться
под действием
электрического поля.

Такие частицы,
называемые носителями тока,
могут иметь различный по знаку и
численному значению заряд. За направление
тока принято направление движения
положительных зарядов.
В самых распространенных проводниках
— металлах носителями тока являются
электроны,
имеющие заряд — 1.

Поэтому направление
тока в металлических проводниках
противоположно направлению движения
электронов.

Для описания и количественной характеристики тока используют следующие
величины:

• Ток
или сила тока I
Это скалярная величина, измеряемая
отношением заряда
dq,
прошедшего
через поперечное сечение проводника,
ко времени dtего
прохождения, т.е.:

Если
за любые равные промежутки времени
через сечение проводника проходят
равные количества заряда, то ток
называется постоянным, и
.
В
СИ ток z
измеряется в амперах (А).

• Плотность
токаЭто
векторная величина, измеряемая отношением
тока diтекущего
по проводнику к площади его поперечного
сечения ds,
перпендикулярного
направлению тока, т.е.:

При
равномерном распределении тока по
поперечному сечению проводника
=i/s.
Плотность
тока можно записать в виде:
= qon(3)
где
qoзаряд
каждого носителя, которые осуществляют
ток в данном
проводнике,
п
— концентрация
носителей электрических зарядов;
— скорость
их направленного перемещения в проводнике.
Из соотношения (3)
видно, что плотность тока является
векторной величиной, направление
которой
определяется направлением вектора в
данной точке проводящего
пространства, в отличие от величины I,
которая является

скалярной
величиной. Кроме того, плотность тока
jявляется
дифференциальной
характеристикой, поскольку показывает
ток через малую
площадь проводящего пространства, а в
пределе может быть отнесена
к точке этого пространства.

В СИ
плотность тока измеряется в единицах
А/м .

Для
существования электрического тока
необходимо, чтобы в пространстве имелись:
свободные электрические заряды и
электрическое поле, силы которого
сообщили бы им направленное перемещение.
Для существования электрического поля
в проводнике необходимо, чтобы на концах
проводника

была
разность потенциалов. Тогда электрические
силы поля переместят по проводнику (или
проводящему пространству) заряд из
области большего потенциала
в область меньшего потенциала (рис.1).

Перемещение
заряда, т.е. ток, будет проходить до тех
пор, пока потенциалы проводников
М и N не сравняются. Для возобновления
тока надо каким-либо способом
снова создать на проводнике М потенциал
,
больший потенциала

png»>
проводника N. Ясно, что создание этой
разницы потенциалов не может
быть
осуществлено за счет электрических
сил, т.к. они могут перемещать заряд
только в направлении от большего
потенциала к меньшему.

Следовательно,
возобновление разности потенциалов на
концах проводника возможно только за
счет работы сил неэлектрического
происхождения, называемых
сторонними.

Устройства,
в которых за счет работы сторонних сил
создается разность потенциалов,
называются источниками
тока.
В зависимости от природы сторонних
сил источники могут быть: химические
(гальванические элементы,
аккумуляторы, сухие элементы), тепловые
(термоэлементы), механические
(динамо-машины) и др.

Для
того, чтобы ток существовал длительное
время, необходимо, чтобы была составлена
цепь, содержащая проводники, источник
тока и обязательно была замкнута.
Закон
Ома для участка цепи.
Для
металлических проводников экспериментально
установлена зависимость между
током I,
текущем по проводнику, и напряжением
U,
приложенным
к его
концам. Эта зависимость отражена в
законе Ома, который гласит, что ток

в
проводнике прямо пропорционален
приложенному к его концам напряжению,
т.е. I
= U,
где
а — электропроводность данного
проводника, которая
для этого проводника является постоянной
величиной. Величина, обратная
электропроводности, т.е.

R=
l/,
называется электрическимсопротивлением,
или просто сопротивлением проводника.
Закон Ома пишется
в виде: I
= U/R.
Графически
закон Ома представляет собой прямую,
проходящую через начало координат (рис.
2).

Тангенс
угла наклона а зависит от электропроводности
проводника. Тогда tg
= ΔI/ΔU=

png»>;
R
= ctg.

В общем виде функция, выражающая
зависимость тока
в проводнике от приложенного к нему
напряжения I=f(U)
называется
вольтамперной
характеристикой
данного проводника.

Источник: https://studfile.net/preview/2147140/

Мощность: цепи переменного и постоянного тока коэффициент мощности

В статье мы расскажем про мощность в цепи переменного и постоянного тока, а также мгновенную, активную, реактивную и полную мощность, а также что такое коэффициент мощности. Всех их формулы и примеры на нахождение мощности.

Мощность, генерируемая потоком через проводник тока I с напряжением U на его концах, выражается следующей формулой:

Используя закон Ома, можно определить формулу для мощности с известными сопротивлением и напряжением:

Аналогично, формула мощности может быть определена в зависимости от сопротивления и тока:

Задачи на нахождение мощности

Задача 1

Напряжение 5 В было измерено на концах резистора 10 Ом. Какая будет мощность?

Решение:
Применить второе уравнение: Р = 5 2 /10 = 25/10 = 2,5 Вт
Задача 2

Держатель лампы, несущий опорной мощности P = 21Вт при напряжении U = 12 В для подачи питания накала питания может быть использован со следующим параметры: U = 12В I max= 1А. Какой ток протекает при нормальной работе лампы?

Решение:
Давайте посчитаем, какой ток протекает при нормальной работе лампы:
P = U * I I = P / U I = 21 Вт / 12 В
I = 1,75 A

Это означает, что источник питания с заданными параметрами не подходит для питания этой лампы.

Мощность в цепи переменного тока

Мощность в цепи переменного тока в физики и обычной жизни одно из базовых понятий, которое нужно понимать перед началом работы с электроприборами. Далее вы увидите основные формулы мощности и их применение в задачах.

Мгновенная мощность

При рассмотрении энергетических процессов в цепях переменного тока удобно использовать разные типы энергии. Мгновенная мощность равна произведению мгновенных значений тока и напряжения на части цепи:

где: U и I — эффективные значения напряжения и тока, а φ и ω — соответственно разность фаз между током и напряжением и угловой частотой (пульсация).

Активная мощность

Активная мощность характеризуется текущими потерями энергии в течение 1 секунды в активных компонентах цепи (для нагрева, излучения или механических работ). Он измеряется в ваттах и определяется мгновенным значением мощности за период:

Реактивная мощность

Реактивная мощность связана с реактивными сопротивлениями, которые периодически накапливают энергию, а затем возвращают ее источнику, но сами не поглощают энергию. Единица реактивной мощности вар. Реактивная мощность может быть определена по формуле: