Содержание
Что называется мощностью электрического тока
Мощность электрического тока (EP -electric power), потребляемая электрооборудованием, равна напряжению на нем, умноженному на ток, протекающий через него.
P = U*I
Данная формула показывает, в каких единицах измеряется электрическая мощность — это В⋅А.
Изменение тока
Формулировка верна для сетей постоянного тока (DC — Direct Current), а в сетях переменного тока (AC -Alternating Current) ситуация более сложна для нагрузок, которые являются реактивными. Чтобы рассчитать истинную EP, потребляемую приемником, необходимо учитывать несинусоидальные формы величин, а также углы сдвига тока опережение/запаздывание, вызванных реактивными нагрузками от присутствия в сети индуктивности (L) и конденсаторов . В таком случае истинная EP, будет меньше, чем простое произведение: U*I.
Треугольник мощности
Важно! Определение такого показателя потребуется при выборе источников питания AC, проектировании проводки и защите электрических цепей. Это вызвано тем, что, хотя кажущаяся энергия больше, чем истинная потребляемая EP, протекающий через нагрузку ток становится большим
Под него необходимо будет выбрать размеры проводов и устройства защиты оборудования электросети.
Что такое электричество.
Электричество – это совокупность физических явлений, связанных с возникновением, накоплением, взаимодействием и переносом электрического заряда. По мнению большинства историков науки, первые электрические явления были открыты древнегреческим философом Фалесом в седьмом веке до нашей эры. Фалес наблюдал действие статического электричества: притяжение к натертому шерстью янтарю легких предметов и частичек. Чтобы повторить этот опыт самостоятельно вам необходимо потереть о шерстяную или хлопковую ткань любой пластиковый предмет (например, ручку или линейку) и поднести его к мелконарезанным кусочкам бумаги.
Первой серьезной научной работой, в которой описаны исследования электрических явлений стал трактат английского ученого Уильяма Гилберта «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле» изданный в 1600 г. В этой работе автор описал результаты своих опытов с магнитами и наэлектризованными телами. Здесь же впервые упоминается термин электричество.
Исследования У. Гилберта дали серьезный толчок развитию науки об электричестве и магнетизме: за период с начала 17 до конца 19 века было проведено большое количество экспериментов и сформулированы основные законы, описывающие электромагнитные явления. А в 1897 году английский физик Джозеф Томсон открыл электрон – элементарную заряженную частицу, которая определяет электрические и магнитные свойства вещества. Электрон (на древнегреческом языке электрон – это янтарь) имеет отрицательный заряд примерно равный 1,602*10-19 Кл (Кулона) и массу равную 9,109*10-31 кг. Благодаря электронам и другим заряженным частицам происходят электрические и магнитные процессы в веществах.
В чем измеряется напряжение
Мы измеряем напряжение в единицах «Вольт», которые обычно обозначаются просто буквой «V» на чертежах и технической литературе. Часто необходимо количественно определить величину напряжения, это делается в соответствии с единицами СИ, наиболее распространенные величины напряжения, которые вы увидите:
- мегавольт (мВ)
- киловольт (кВ)
- вольт (В)
- милливольт (мВ)
- микровольт (мкВ)
Напряжение всегда измеряется в двух точках с помощью устройства, называемого вольтметром. Вольтметры являются либо цифровыми, либо аналоговыми, причем последний является наиболее точным. Вольтметры обычно встроены в портативные цифровые мультиметровые устройства, как показано ниже, они являются распространенным и часто важным инструментом для любого электрика или инженера-электрика. Обычно вы найдете аналоговые вольтметры на старых электрических панелях, таких как распределительные щиты и генераторы, но почти все новое оборудование будет поставляться с цифровыми счетчиками в качестве стандарта.
Портативный цифровой мультиметр с функцией вольтметра
На электрических схемах вы увидите устройства вольтметра, обозначенные буквой V внутри круга, как показано ниже:
Таблица большая основных формул электричества и магнетизма
| Физические законы, формулы, переменные | Формулы электричество и магнетизм |
|
Закон Кулона:
|
|
|
Напряженность электрического поля, где: F — сила, действующая на заряд q , находящийся в данной точке поля. |
|
| Напряженность поля на расстоянии r от источника поля: | |
| 1) точечного заряда | |
| 2) бесконечно длинной заряженной нити с линейной плотностью заряда τ: | |
| 3) плоскости с поверхностной плотностью заряда σ (не зависит от расстояния): | |
| 4) между двумя разноименно заряженными плоскостями с поверхностной плотностью заряда σ (во вне такого «суперконденсатора» поле равно нулю по принцину суперпозиции): |
|
| Потенциал электрического поля: где W — потенциальная энергия заряда q . | |
| Потенциал поля точечного заряда на расстоянии r от заряда: | |
| По принципу суперпозиции полей, | |
|
|
|
|
|
Работа сил электрического поля по перемещению заряда q из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2 : |
|
| Связь между напряженностью и потенциалом | |
| 1) для неоднородного поля: | |
| 2) для однородного поля: | |
| Электроемкость уединенного проводника, где φ — потенциал проводника | |
| Электроемкость конденсатора: где U = φ1 — φ2 — напряжение. | |
|
Электроемкость плоского конденсатора, где: S — площадь пластины (одной) конденсатора, d — расстояние между пластинами. |
|
| Энергия заряженного конденсатора: | |
| Сила тока: | |
| Плотность тока: где S — площадь поперечного сечения проводника. | |
|
Сопротивление проводника: ρ — удельное сопротивление; l — длина проводника; S — площадь поперечного сечения. |
|
| Закон Ома | |
| 1) для однородного участка цепи: | |
| 2) в дифференциальной форме: | |
|
3) для участка цепи, содержащего ЭДС, где: ε — ЭДС источника тока, R и r — внешнее и внутреннее сопротивления цепи; |
|
| 4) для замкнутой цепи: | |
| Закон Джоуля-Ленца | |
| 1) для однородного участка цепи постоянного тока: где Q — количество тепла, выделяющееся в проводнике с током, t — время прохождения тока; |
|
| 2) для однородного участка цепи постоянного тока: | |
| Мощность тока: | |
|
Связь магнитной индукции и напряженности магнитного поля: где B — вектор магнитной индукции, |
|
| Магнитная индукция (индукция магнитного поля): | |
| 1) в центре кругового тока где R — радиус кругового тока, |
|
| 2) поля бесконечно длинного прямого тока где r — кратчайшее расстояние до оси проводника; |
|
| 3) поля, созданного отрезком проводника с током где α1 и α2 — углы между отрезком проводника и линией, соединяющей концы отрезка и точкой поля; |
|
| 4) поля бесконечно длинного соленоида где n — число витков на единицу длины соленоида. |
|
|
Сила Лоренца: по модулю где F — сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле, v — скорость заряда q, α — угол между векторами v и B. |
|
| Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток через площадку S): | |
|
1) для однородного магнитного поля , |
|
|
2) для неоднородного поля |
|
|
Потокосцепление (полный поток): где N — число витков катушки. |
|
|
Закон Фарадея-Ленца: где εi — ЭДС индукции. |
|
|
ЭДС самоиндукции: где L — индуктивность контура. |
|
|
Индуктивность соленоида: где n — число витков на единицу длины соленоида, V — объем соленоида. |
|
| Энергия магнитного поля: | |
|
Заряд, протекающий по замкнутому контуру при изменении магнитного потока через контур, где: ΔΦ = Φ2 – Φ1 — изменение магнитного потока, R — сопротивление контура. |
|
| Работа по перемещению замкнутого контура с током I в магнитном поле: |
Определение на основе эффекта Джозефсона
Матрица из джозефсоновских контактов, разработанная Национальным институтом стандартов для воспроизведения стандартного вольта.
С 1990 года вольт стандартизирован посредством измерения с использованием нестационарного эффекта Джозефсона, при котором для привязки к эталону используется константа Джозефсона, зафиксированная 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам как:
- KJ−90=2eh={\displaystyle K_{J-90}={\frac {2e}{h}}=} 0,4835979 ГГц/мкВ,
где e — элементарный заряд, h — постоянная Планка
Этим методом величина вольта однозначно связывается с эталоном частоты, задаваемым цезиевыми часами: при облучении матрицы, состоящей из нескольких тысяч джозефсоновских переходов, микроволновым излучением на частотах от 10 ГГц до 80 ГГц, возникает вполне определённое электрическое напряжение, с помощью которого калибруются вольтметры. Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов.
Подводим ИТОГИ:
Что такое электродвижущая сила (ЭДС)- это физическая
величина, которая характеризует работу сторонних сил в источниках тока
(батарейки, генераторы и т.д). ЭДС показывает нам работу источника тока по
переносу заряду через всю цепь.
А напряжение показывает нам работу по переносу заряда на
участке цепи.
Что такое напряжение простыми словами — это внешняя сила, которая перемещает наш с вами шарик в показанном примере выше.
А в электричестве — это сила, которая перемещает электроны
от одного атома к другому.
Приведу ещё один пример, что такое электрическое напряжение :
Представьте, что вы можете поднять камень весом 50 кг, т.е
Ваша подъёмная сила равна 50 кг (в электричестве это электродвижущая сила).
Идетё вы и на пути у вас лежит камень массой 20 кг, вы берёте его и несёте 10
метров. Вы затратили определённую энергию по переносу этого камня (в электричестве это — напряжение). Следующий камень
уже весит 40 кг и чтобы его перенести из одной точки в другую вы затратите
больше энергии, чем затратили по переносу камня весом 20 кг. Подъёмная сила (в
электричестве-это ЭДС) у Вас всегда одна, но в зависимости от веса камня вы
всегда тратите разное количество энергии (в электричестве — это напряжение).
Т.е. на каждом отрезке пути у Вас разное напряжение.
Надеюсь вы поняли, что такое электрическое напряжение!
