Todo el mundo tiene dispositivo moderno Hay energía eléctrica. Su valor digital lo indica el fabricante en el cuerpo del secador de pelo o hervidor eléctrico, en la tapa del procesador de alimentos.
Unidades de medida
El cálculo de la energía eléctrica le permite determinar el costo de la energía eléctrica consumida por diferentes dispositivos durante un período de tiempo determinado. El exceso de vatios y kilovatios provoca fallos en los cables y deformación de los contactos.
La relación entre la corriente eléctrica y la potencia consumida por los dispositivos.
La energía eléctrica representa el trabajo realizado durante un período de tiempo. Un dispositivo enchufado a una toma de corriente funciona, medido en vatios (W). El cuerpo indica la cantidad de energía que consumirá el dispositivo durante un determinado período de tiempo, es decir, se da la potencia eléctrica consumida.
Consumo de energía
Se gasta para asegurar que los electrones se muevan en el conductor. En el caso de que un electrón tenga carga unitaria, es comparable al valor de la tensión de la red. La energía total necesaria para mover todos los electrones se determinará como el producto del voltaje por el número de electrones en el circuito cuando el dispositivo eléctrico está funcionando. A continuación se muestra la fórmula de la energía eléctrica:
Considerando que el número de electrones que fluyen a través de la sección transversal de un conductor durante un período de tiempo es corriente eléctrica, puedes representarlo en una expresión para la cantidad deseada. La fórmula de la energía eléctrica será la siguiente:
En realidad, no es necesario calcular la potencia en sí, sino el valor actual, conociendo el voltaje de la red y la potencia nominal. Una vez determinada la corriente consumida por un determinado dispositivo, puede correlacionar la clasificación del tomacorriente y el disyuntor.
Ejemplos de cálculos
Para un hervidor, cuya potencia eléctrica está diseñada para dos kilovatios, el consumo de corriente está determinado por la fórmula:
Yo=P/U=(2*1000)/220=9A
Para conectar un dispositivo de este tipo a un habitual red electrica, un conector diseñado para 6 amperios claramente no es adecuado.
Las relaciones anteriores entre potencia y corriente eléctrica sólo son relevantes cuando los valores de tensión y corriente están completamente en fase. Para casi todos los hogares electrodomésticos La fórmula de la energía eléctrica es adecuada.
Situaciones excepcionales
Si hay una gran capacitancia o inductancia en el circuito, las fórmulas utilizadas no serán confiables y no podrán usarse para cálculos matemáticos. Por ejemplo, la potencia eléctrica de un motor de CA se definiría de la siguiente manera:
cosφ es el factor de potencia, que para motores electricos es de 0,6 a 0,8 unidades.
Al determinar los parámetros de un dispositivo en una red trifásica con un voltaje de 380 V, es necesario sumar la potencia a partir de valores individuales para cada fase.
Ejemplo de cálculo
Por ejemplo, en el caso de una caldera trifásica diseñada para una potencia de 3 kW, en cada fase se consume 1 kW. Calculemos el valor de la corriente de fase usando la fórmula:
I=P/U_ф =(1*1000)/220=4,5A.
Para hombre moderno típico uso permanente Electricidad en producción y en el hogar. Utiliza dispositivos que consumen corriente eléctrica y utiliza dispositivos que la producen. Cuando se trabaja con dichas fuentes, es importante tener en cuenta aquellas máximas posibilidades, que se suponen en especificaciones técnicas.
Semejante cantidad fisica, como energía eléctrica, es uno de los principales indicadores de cualquier dispositivo que funcione cuando un flujo de electrones lo atraviesa. Para el transporte o transmisión de energía eléctrica a gran volumen, necesarios en las condiciones de producción, se utilizan. líneas de alto voltaje transmisiones eléctricas.
La conversión de energía se realiza a potentes subestaciones transformadoras. La conversión trifásica es típica de industrias y electrodomésticos diferentes esferas aplicaciones. Por ejemplo, gracias a esta transformación, funcionan lámparas incandescentes de diferentes clasificaciones.
En ingeniería eléctrica teórica existe la energía eléctrica instantánea. Este valor está asociado con el flujo de una única carga elemental a través de una determinada superficie durante un corto período de tiempo. Esta carga realiza trabajo, lo que está asociado al concepto de potencia instantánea.
Al realizar simples cálculos matemáticos, puedes determinar la cantidad de energía. Conociendo este valor, se puede seleccionar el voltaje para el pleno funcionamiento de una variedad de electrodomésticos e industriales. En este caso, podrá evitar los riesgos asociados con el desgaste de costosos aparatos eléctricos, así como la necesidad de cambiar periódicamente el cableado eléctrico de su apartamento u oficina.
Trabajo mecánico. Unidades de trabajo.
EN la vida cotidiana Por el concepto de “trabajo” nos referimos a todo.
En física, el concepto Trabajo algo diferente. Es una cantidad física definida, lo que significa que se puede medir. En física se estudia principalmente. trabajo mecanico .
Veamos ejemplos de trabajo mecánico.
El tren se mueve bajo la fuerza de tracción de una locomotora eléctrica y se realiza un trabajo mecánico. Cuando se dispara un arma, la fuerza de presión de los gases de la pólvora funciona: mueve la bala a lo largo del cañón y la velocidad de la bala aumenta.
De estos ejemplos queda claro que el trabajo mecánico se realiza cuando un cuerpo se mueve bajo la influencia de una fuerza. El trabajo mecánico también se realiza cuando una fuerza que actúa sobre un cuerpo (por ejemplo, una fuerza de fricción) reduce la velocidad de su movimiento.
Al querer mover el gabinete, lo presionamos con fuerza, pero si no se mueve, entonces no realizamos trabajo mecánico. Se puede imaginar un caso en el que un cuerpo se mueve sin la participación de fuerzas (por inercia, en este caso tampoco se realiza trabajo mecánico);
Entonces, El trabajo mecánico se realiza sólo cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo y éste se mueve. .
No es difícil entender que cuanto mayor es la fuerza que actúa sobre el cuerpo y cuanto más largo es el camino que recorre el cuerpo bajo la influencia de esta fuerza, mayor es el trabajo realizado.
El trabajo mecánico es directamente proporcional a la fuerza aplicada y directamente proporcional a la distancia recorrida. .
Por lo tanto, acordamos medir el trabajo mecánico por el producto de la fuerza y el camino recorrido en esta dirección de esta fuerza:
trabajo = fuerza × camino
Dónde A- Trabajo, F- fuerza y s- la distancia recorrida.
Se considera unidad de trabajo el trabajo realizado por una fuerza de 1N en un recorrido de 1m.
Unidad de trabajo - joule (j ) lleva el nombre del científico inglés Joule. De este modo,
1J = 1N·m.
También usado kilojulios (kJ) .
1 kJ = 1000 J.
Fórmula A = Fs aplicable cuando la fuerza F constante y coincide con la dirección del movimiento del cuerpo.
Si la dirección de la fuerza coincide con la dirección del movimiento del cuerpo, entonces esta fuerza realiza un trabajo positivo.
Si el cuerpo se mueve en dirección opuesta a la dirección de la fuerza aplicada, por ejemplo, la fuerza de fricción por deslizamiento, entonces esta fuerza realiza un trabajo negativo.
Si la dirección de la fuerza que actúa sobre el cuerpo es perpendicular a la dirección del movimiento, entonces esta fuerza no realiza ningún trabajo, el trabajo es cero:
En el futuro, hablando de trabajo mecánico, lo llamaremos brevemente en una palabra: trabajo.
Ejemplo. Calcular el trabajo realizado durante el levantamiento. losa de granito Volumen 0,5 m3 hasta una altura de 20 m Densidad del granito 2500 kg/m3.
Dado:
ρ = 2500 kg/m 3
Solución:
donde F es la fuerza que se debe aplicar para levantar uniformemente la losa. Esta fuerza es igual en módulo a la fuerza Fstrand que actúa sobre la losa, es decir, F = Fstrand. Y la fuerza de gravedad se puede determinar por la masa de la losa: Fpeso = gm. Calculemos la masa de la losa, conociendo su volumen y la densidad del granito: m = ρV; s = h, es decir, el recorrido es igual a la altura de elevación.
Entonces, m = 2500 kg/m3 · 0,5 m3 = 1250 kg.
F = 9,8 N/kg · 1250 kg ≈ 12 250 N.
A = 12.250 N · 20 m = 245.000 J = 245 kJ.
Respuesta: A = 245 kJ.
Palancas.Poder.Energía
Para realizar el mismo trabajo, diferentes motores requieren diferentes tiempos. Por ejemplo, grúa en una obra lo levanta en pocos minutos último piso Los edificios son cientos de ladrillos. Si un trabajador moviera estos ladrillos, le llevaría varias horas hacerlo. Otro ejemplo. Un caballo puede arar una hectárea de tierra en 10 a 12 horas, mientras que un tractor con arado múltiple ( reja del arado- parte del arado, que corta la capa de tierra desde abajo y la traslada al vertedero; varias rejas de arado (muchas rejas de arado), este trabajo se completará en 40-50 minutos.
Está claro que una grúa hace el mismo trabajo más rápido que un trabajador y un tractor hace el mismo trabajo más rápido que un caballo. La velocidad del trabajo se caracteriza por una cantidad especial llamada potencia.
La potencia es igual a la relación entre el trabajo y el tiempo durante el cual se realizó.
Para calcular la potencia, es necesario dividir el trabajo por el tiempo durante el cual se realizó este trabajo. potencia = trabajo/tiempo.
Dónde norte- fuerza, A- Trabajo, t- tiempo de finalización del trabajo.
La potencia es una cantidad constante cuando se realiza el mismo trabajo cada segundo; en otros casos la relación; En determina la potencia media:
norte promedio = En . La unidad de potencia se considera la potencia a la que se realiza J de trabajo en 1 s.
Esta unidad se llama vatio ( W.) en honor a otro científico inglés, Watt.
1 vatio = 1 julio/1 segundo, o 1 W = 1 J/s.
Watt (julios por segundo) - W (1 J/s).
Las unidades de potencia más grandes se utilizan ampliamente en tecnología. kilovatio (kilovatios), megavatio (megavatio) .
1 MW = 1.000.000 W
1kW = 1000W
1mW = 0,001W
1W = 0,000001MW
1W = 0,001kW
1W = 1000mW
Ejemplo. Encuentre la potencia del flujo de agua que fluye a través de la presa si la altura de la caída de agua es de 25 m y su caudal es de 120 m3 por minuto.
Dado:
ρ = 1000 kg/m3
Solución:
Masa de agua que cae: metro = ρV,
m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).
La fuerza de gravedad que actúa sobre el agua:
F = 9,8 m/s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12 105 N)
Trabajo realizado por caudal por minuto:
A - 1.200.000 N · 25 m = 30.000.000 J (3 · 107 J).
Potencia de flujo: N = A/t,
N = 30.000.000 J / 60 s = 500.000 W = 0,5 MW.
Respuesta: N = 0,5MW.
Diversos motores tienen potencias que van desde las centésimas y décimas de kilovatio (motor de afeitar eléctrico, máquina de coser) hasta cientos de miles de kilovatios (turbinas de agua y de vapor).
Tabla 5.
Potencia de algunos motores, kW.
Cada motor tiene una placa (pasaporte del motor), que indica cierta información sobre el motor, incluida su potencia.
poder humano en condiciones normales El trabajo en promedio es de 70-80 W. Al saltar o subir escaleras corriendo, una persona puede desarrollar una potencia de hasta 730 W y, en algunos casos, incluso más.
De la fórmula N = A/t se deduce que
Para calcular el trabajo es necesario multiplicar la potencia por el tiempo durante el cual se realizó este trabajo.
Ejemplo. El motor del ventilador de la habitación tiene una potencia de 35 vatios. ¿Cuánto trabajo hace en 10 minutos?
Anotemos las condiciones del problema y resolvámoslo.
Dado:
Solución:
A = 35 W * 600 s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.
Respuesta A= 21 kJ.
Mecanismos simples.
Desde tiempos inmemoriales, el hombre ha utilizado diversos dispositivos para realizar trabajos mecánicos.
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Todo el mundo sabe que un objeto pesado (una piedra, un armario, una máquina herramienta), que no se puede mover con la mano, se puede mover con la ayuda de un palo suficientemente largo: una palanca.
En en este momento Se cree que con la ayuda de palancas hace tres mil años, durante la construcción de las pirámides en el Antiguo Egipto, se movían y elevaban a grandes alturas pesadas losas de piedra.
En muchos casos, en lugar de levantar una carga pesada a una determinada altura, se puede hacer rodar o arrastrar hasta la misma altura a lo largo de un plano inclinado o levantarla mediante bloques.
Los dispositivos utilizados para convertir la fuerza se llaman mecanismos .
Los mecanismos simples incluyen: palancas y sus variedades. bloque, puerta; Plano inclinado y sus variedades: cuña, tornillo.. En la mayoría de los casos mecanismos simples Se utiliza para ganar fuerza, es decir, para aumentar varias veces la fuerza que actúa sobre el cuerpo.
Se encuentran mecanismos simples tanto en el hogar como en todas las máquinas industriales y de fábrica complejas que cortan, tuercen y estampan. hojas grandes acero o sacar los hilos más finos con los que luego se fabrican los tejidos. Los mismos mecanismos se pueden encontrar en máquinas automáticas, impresoras y contadoras modernas y complejas.
Palanca. Equilibrio de fuerzas sobre la palanca.
Consideremos el mecanismo más simple y común: la palanca.
La palanca es sólido, que puede girar alrededor de un soporte fijo.
Las imágenes muestran cómo un trabajador usa una palanca como palanca para levantar una carga. En el primer caso, el trabajador con fuerza F presiona el extremo de la palanca B, en el segundo - levanta el final B.
El trabajador necesita superar el peso de la carga. PAG- fuerza dirigida verticalmente hacia abajo. Para ello, hace girar la palanca alrededor de un eje que pasa por el único inmóvil el punto de ruptura es el punto de su apoyo ACERCA DE. Fortaleza F, con el que el trabajador actúa sobre la palanca, menos fuerza PAG, por lo que el trabajador recibe ganar fuerza. Con la ayuda de una palanca, puede levantar una carga tan pesada que no podrá levantarla usted mismo.
La figura muestra una palanca cuyo eje de rotación es ACERCA DE(fulcro) se encuentra entre los puntos de aplicación de fuerzas. A Y EN. Otra imagen muestra un diagrama de esta palanca. Ambas fuerzas F 1 y F 2 que actúan sobre la palanca están dirigidos en una dirección.
La distancia más corta entre el punto de apoyo y la línea recta a lo largo de la cual actúa la fuerza sobre la palanca se llama brazo de fuerza.
Para encontrar el brazo de la fuerza, debes bajar la perpendicular desde el punto de apoyo hasta la línea de acción de la fuerza.La longitud de esta perpendicular será el brazo de esta fuerza. La figura muestra que OA- fuerza del hombro F 1; transmisión exterior- fuerza del hombro F 2. Las fuerzas que actúan sobre la palanca pueden hacerla girar alrededor de su eje en dos direcciones: en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj. si, fuerza F 1 gira la palanca en el sentido de las agujas del reloj y la fuerza F 2 lo gira en sentido antihorario.
La condición bajo la cual la palanca está en equilibrio bajo la influencia de las fuerzas que se le aplican se puede establecer experimentalmente. Hay que recordar que el resultado de la acción de una fuerza depende no sólo de su valor numérico (módulo), sino también del punto en el que se aplica al cuerpo, o cómo se dirige.
Suspendido de la palanca (ver figura) a ambos lados del fulcro varias cargas para que la palanca permanezca en equilibrio en todo momento. Las fuerzas que actúan sobre la palanca son iguales a los pesos de estas cargas. Para cada caso se miden los módulos de fuerza y sus hombros. De la experiencia mostrada en la Figura 154, está claro que la fuerza 2 norte equilibra la fuerza 4 norte. En este caso, como se puede ver en la figura, el hombro de menor fuerza es 2 veces más grande que el hombro de mayor fuerza.
Sobre la base de tales experimentos, se estableció la condición (regla) del equilibrio de palanca.
Una palanca está en equilibrio cuando las fuerzas que actúan sobre ella son inversamente proporcionales a los brazos de dichas fuerzas.
Esta regla se puede escribir como una fórmula:
F 1/F 2 = yo 2/ yo 1 ,
Dónde F 1Y F 2 - fuerzas que actúan sobre la palanca, yo 1Y yo 2 , - los hombros de estas fuerzas (ver figura).
La regla del equilibrio de palancas fue establecida por Arquímedes alrededor del 287-212. ANTES DE CRISTO mi. (¿Pero en el último párrafo se dijo que las palancas fueron utilizadas por los egipcios? ¿O la palabra "establecido" juega un papel importante aquí?)
De esta regla se deduce que se puede utilizar una fuerza menor para equilibrar una fuerza mayor utilizando una palanca. Deje que un brazo de la palanca sea 3 veces más grande que el otro (ver figura). Luego, aplicando una fuerza de, por ejemplo, 400 N en el punto B, se puede levantar una piedra que pesa 1200 N. Para levantar una carga aún más pesada, es necesario aumentar la longitud del brazo de palanca sobre el que actúa el trabajador.
Ejemplo. Con una palanca, un trabajador levanta una losa que pesa 240 kg (ver Fig. 149). ¿Qué fuerza aplica al brazo de palanca más grande de 2,4 m si el brazo más pequeño mide 0,6 m?
Anotemos las condiciones del problema y resolvámoslo.
Dado:
Solución:
Según la regla de equilibrio de la palanca, F1/F2 = l2/l1, de donde F1 = F2 l2/l1, donde F2 = P es el peso de la piedra. Peso de la piedra asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N
Entonces, F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.
Respuesta: F1 = 600N.
En nuestro ejemplo, el trabajador vence una fuerza de 2400 N, aplicando una fuerza de 600 N a la palanca pero en este caso, el brazo sobre el que actúa el trabajador es 4 veces más largo que aquel sobre el que actúa el peso de la piedra. ( yo 1 : yo 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).
Al aplicar la regla del apalancamiento, una fuerza menor puede equilibrar una fuerza mayor. En este caso, el hombro de menor fuerza debe ser más largo que el hombro de mayor fuerza.
Momento de poder.
Ya conoces la regla del equilibrio de palancas:
F 1 / F 2 = yo 2 / yo 1 ,
Usando la propiedad de la proporción (el producto de sus miembros extremos es igual al producto de sus miembros medios), lo escribimos de esta forma:
F 1yo 1 = F 2 yo 2 .
En el lado izquierdo de la igualdad está el producto de la fuerza. F 1 en su hombro yo 1, y a la derecha, el producto de la fuerza. F 2 en su hombro yo 2 .
El producto del módulo de fuerza que gira el cuerpo y su hombro se llama momento de fuerza; se designa con la letra M. Esto significa
Una palanca está en equilibrio bajo la acción de dos fuerzas si el momento de la fuerza que la hace girar en el sentido de las agujas del reloj es igual al momento de la fuerza que la hace girar en el sentido contrario a las agujas del reloj.
Esta regla se llama regla de los momentos , se puede escribir como una fórmula:
M1 = M2
De hecho, en el experimento que consideramos (§ 56), las fuerzas actuantes fueron iguales a 2 N y 4 N, sus hombros ascendieron respectivamente a 4 y 2 presiones de palanca, es decir, los momentos de estas fuerzas son los mismos cuando la palanca está en equilibrio. .
El momento de fuerza, como cualquier magnitud física, se puede medir. La unidad de momento de fuerza se toma como un momento de fuerza de 1 N, cuyo brazo mide exactamente 1 m.
Esta unidad se llama metro newton (SUST.).
El momento de fuerza caracteriza la acción de una fuerza y muestra que depende simultáneamente tanto del módulo de la fuerza como de su apalancamiento. De hecho, ya sabemos, por ejemplo, que la acción de una fuerza sobre una puerta depende tanto de la magnitud de la fuerza como del lugar donde se aplica la fuerza. Cuanto más fácil es girar la puerta, más lejos del eje de rotación se aplica la fuerza que actúa sobre ella. Es mejor desenroscar la tuerca por mucho tiempo. llave inglesa que corto. Cuanto más fácil es sacar un cubo del pozo, más larga será la manija de la puerta, etc.
Palancas en la tecnología, la vida cotidiana y la naturaleza.
La regla del apalancamiento (o la regla de los momentos) subyace a la acción. varios tipos Herramientas y dispositivos utilizados en la tecnología y la vida cotidiana donde se requieren ganancias de fuerza o viajes.
Tenemos una ganancia de fuerza al trabajar con tijeras. Tijeras - esto es una palanca(fig), cuyo eje de rotación se produce a través de un tornillo que conecta ambas mitades de las tijeras. fuerza actuante F 1 es la fuerza muscular de la mano de quien agarra las tijeras. contrafuerza F 2 es la fuerza de resistencia del material que se corta con tijeras. Dependiendo del propósito de las tijeras, su diseño varía. Las tijeras de oficina, diseñadas para cortar papel, tienen hojas largas y mangos de casi la misma longitud. Cortar papel no requiere mucha fuerza y una hoja larga facilita el corte en línea recta. tijeras de corte chapa de metal(Fig.) tienen mangos mucho más largos que las hojas, ya que la fuerza de resistencia del metal es grande y para equilibrarla, el brazo de la fuerza actuante debe aumentarse significativamente. La diferencia entre la longitud de los mangos y la distancia de la parte cortante y el eje de rotación es aún mayor cortadores de alambre(Fig.), diseñado para cortar alambre.
Palancas varios tipos disponible en muchos autos. El mango de una máquina de coser, los pedales o el freno de mano de una bicicleta, los pedales de un automóvil y un tractor y las teclas de un piano son ejemplos de palancas utilizadas en estas máquinas y herramientas.
Ejemplos del uso de palancas son los mangos de vicios y bancos de trabajo, la palanca maquina perforadora etc.
El funcionamiento de la báscula de palanca se basa en el principio de la palanca (Fig.). Las escalas de entrenamiento que se muestran en la Figura 48 (p. 42) actúan como palanca de brazos iguales . EN escalas decimales El hombro del que se suspende la copa con pesas es 10 veces más largo que el hombro que lleva la carga. Esto hace que pesar cargas grandes sea mucho más fácil. Al pesar una carga en una báscula decimal, debes multiplicar la masa de las pesas por 10.
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El dispositivo de báscula para pesar vagones de mercancías también se basa en la regla del apalancamiento.
Las palancas también se encuentran en diferentes partes cuerpos de animales y humanos. Estos son, por ejemplo, brazos, piernas, mandíbulas. Se pueden encontrar muchas palancas en el cuerpo de los insectos (leyendo un libro sobre los insectos y la estructura de sus cuerpos), en las aves y en la estructura de las plantas.
Aplicación de la ley de equilibrio de una palanca a un bloque.
Bloquear Es una rueda con ranura, montada en un soporte. Se pasa una cuerda, cable o cadena a través de la ranura del bloque.
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Bloque fijo Se denomina bloque cuyo eje es fijo y no sube ni baja al levantar cargas (Fig.).
Un bloque fijo puede considerarse como una palanca de brazos iguales, en la que los brazos de las fuerzas son iguales al radio de la rueda (Fig): OA = OB = r. Un bloque de este tipo no proporciona una ganancia de fuerza. ( F 1 = F 2), pero le permite cambiar la dirección de la fuerza. bloque móvil - esto es un bloque. cuyo eje sube y baja junto con la carga (Fig.). La figura muestra la palanca correspondiente: ACERCA DE- punto de apoyo de la palanca, OA- fuerza del hombro R Y transmisión exterior- fuerza del hombro F. desde el hombro transmisión exterior 2 veces el hombro OA, entonces la fuerza F 2 veces menos fuerza R:
F = P/2 .
De este modo, el bloque móvil aumenta el doble de fuerza .
Esto se puede demostrar utilizando el concepto de momento de fuerza. Cuando el bloque está en equilibrio, los momentos de fuerzas F Y R iguales entre sí. Pero el hombro de la fuerza F 2 veces el apalancamiento R, y, por tanto, el poder mismo F 2 veces menos fuerza R.
Normalmente, en la práctica se utiliza una combinación de un bloque fijo y uno móvil (Fig.). El bloque fijo se utiliza únicamente por conveniencia. No aumenta la fuerza, pero cambia la dirección de la fuerza. Por ejemplo, permite levantar una carga estando de pie en el suelo. Esto resulta útil para muchas personas o trabajadores. ¡Sin embargo, proporciona una ganancia de fuerza 2 veces mayor de lo habitual!
Igualdad de trabajo cuando se utilizan mecanismos simples. "Regla de oro" de la mecánica.
Los mecanismos simples que hemos considerado se utilizan al realizar un trabajo en los casos en que es necesario equilibrar otra fuerza mediante la acción de una fuerza.
Naturalmente, surge la pregunta: si bien se gana en fuerza o en camino, ¿no dan los mecanismos simples una ganancia en trabajo? La respuesta a esta pregunta se puede obtener de la experiencia.
Equilibrando dos fuerzas de diferente magnitud sobre una palanca F 1 y F 2 (fig.), ponga la palanca en movimiento. Resulta que al mismo tiempo el punto de aplicación de la fuerza menor F 2 pases camino más largo s 2, y el punto de aplicación de la fuerza mayor F 1 - camino más corto s 1. Habiendo medido estas trayectorias y módulos de fuerza, encontramos que las trayectorias recorridas por los puntos de aplicación de fuerzas sobre la palanca son inversamente proporcionales a las fuerzas:
s 1 / s 2 = F 2 / F 1.
Así, actuando sobre el brazo largo de la palanca, ganamos fuerza, pero al mismo tiempo perdemos la misma cantidad en el camino.
Producto de la fuerza F en el camino s hay trabajo. Nuestros experimentos muestran que el trabajo realizado por las fuerzas aplicadas a la palanca es igual entre sí:
F 1 s 1 = F 2 s 2, es decir A 1 = A 2.
Entonces, Al utilizar el apalancamiento, no podrá ganar en el trabajo.
Al utilizar el apalancamiento, podemos ganar poder o distancia. Al aplicar fuerza al brazo corto de la palanca, ganamos en distancia, pero perdemos la misma cantidad en fuerza.
Cuenta la leyenda que Arquímedes, encantado con el descubrimiento de la regla del apalancamiento, exclamó: "¡Dadme un punto de apoyo y haré girar la Tierra!".
Por supuesto, Arquímedes no podría hacer frente a tal tarea incluso si le hubieran dado un punto de apoyo (que debería haber estado fuera de la Tierra) y una palanca de la longitud requerida.
Para elevar la Tierra sólo 1 cm, el largo brazo de la palanca tendría que describir un arco de enorme longitud. ¡Se necesitarían millones de años para mover el extremo largo de la palanca a lo largo de esta trayectoria, por ejemplo, a una velocidad de 1 m/s!
Un bloque estacionario no proporciona ninguna ganancia de trabajo, lo cual es fácil de verificar experimentalmente (ver figura). Maneras, puntos transitables aplicación de fuerzas F Y F, son iguales, las fuerzas son las mismas, lo que significa que el trabajo es el mismo.
Puedes medir y comparar el trabajo realizado con la ayuda de un bloque móvil. Para elevar una carga a una altura h mediante un bloque móvil, es necesario mover el extremo de la cuerda a la que está unido el dinamómetro, como muestra la experiencia (Fig.), a una altura de 2h.
De este modo, Al obtener el doble de fuerza, pierden el doble en el camino, por lo tanto, el bloque móvil no aumenta el trabajo.
La práctica centenaria ha demostrado que Ninguno de los mecanismos proporciona una ganancia de rendimiento. Utilizan diversos mecanismos para ganar en fuerza o en recorrido, dependiendo de las condiciones de trabajo.
Los científicos antiguos ya conocían una regla aplicable a todos los mecanismos: No importa cuantas veces ganemos en fuerza, la misma cantidad de veces perdemos en distancia. Esta regla ha sido llamada la "regla de oro" de la mecánica.
Eficiencia del mecanismo.
Al considerar el diseño y la acción de la palanca, no tomamos en cuenta la fricción ni el peso de la palanca. en estos condiciones ideales Trabajo realizado por la fuerza aplicada (a este trabajo lo llamaremos lleno), es igual a útil trabajos de elevación de cargas o superación de cualquier resistencia.
En la práctica, el trabajo total realizado con la ayuda de un mecanismo es siempre ligeramente mayor trabajo útil.
Parte del trabajo se realiza contra la fuerza de fricción en el mecanismo y moviéndolo. partes individuales. Entonces, cuando se usa un bloque en movimiento, es necesario trabajar adicionalmente para levantar el bloque en sí, la cuerda y determinar la fuerza de fricción en el eje del bloque.
Cualquiera que sea el mecanismo que adoptemos, el trabajo útil realizado con su ayuda constituye siempre sólo una parte del trabajo total. Esto significa que, denotando el trabajo útil con la letra Ap y el trabajo total (gastado) con la letra Az, podemos escribir:
Arriba< Аз или Ап / Аз < 1.
La relación entre trabajo útil y trabajo de tiempo completo llamado coeficiente acción útil mecanismo.
El factor de eficiencia se abrevia como eficiencia.
Eficiencia = Ap/Az.
La eficiencia generalmente se expresa como porcentaje y se denota con la letra griega η, leída como “eta”:
η = Ap/Az · 100%.
Ejemplo: Una carga que pesa 100 kg está suspendida del brazo corto de una palanca. Para levantarlo, se aplica una fuerza de 250 N al brazo largo. La carga se eleva a una altura de h1 = 0,08 m, mientras que el punto de aplicación de la fuerza motriz desciende a una altura de h2 = 0,4 m. eficiencia de la palanca.
Anotemos las condiciones del problema y resolvámoslo.
Dado :
Solución :
η = Ap/Az · 100%.
Trabajo total (gastado) Az = Fh2.
Trabajo útil Ap = Рh1
P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.
Ap = 1000 N · 0,08 = 80 J.
Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.
η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.
Respuesta : η = 80%.
Pero " regla de oro"También en este caso se lleva a cabo. Parte del trabajo útil, el 20% del mismo, se gasta en superar la fricción en el eje de la palanca y la resistencia del aire, así como en el movimiento de la propia palanca.
La eficiencia de cualquier mecanismo es siempre inferior al 100%. Al diseñar mecanismos, las personas se esfuerzan por aumentar su eficiencia. Para conseguirlo se reducen los rozamientos en los ejes de los mecanismos y su peso.
Energía.
En plantas y fábricas, las máquinas y las máquinas son accionadas por motores eléctricos, que consumen energía eléctrica(de ahí el nombre).
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Un resorte comprimido (Fig.), cuando se endereza, realiza trabajo, eleva una carga a una altura o hace que un carro se mueva. Una carga estacionaria elevada sobre el suelo no realiza trabajo, pero si esta carga cae, puede realizar trabajo (por ejemplo, puede clavar un pilote en el suelo). Todo cuerpo en movimiento tiene la capacidad de realizar un trabajo. Así, la bola de acero A (Fig.) rodó hacia abajo desde un plano inclinado, golpeando bloque de madera B, lo mueve cierta distancia. Al mismo tiempo se hace el trabajo. Si un cuerpo o varios cuerpos que interactúan (un sistema de cuerpos) pueden realizar trabajo, se dice que tienen energía. Energía - una cantidad física que muestra cuánto trabajo puede realizar un cuerpo (o varios cuerpos). La energía se expresa en el sistema SI en las mismas unidades que el trabajo, es decir, en julios. Cómo gran trabajo Cuanto más puede lograr un cuerpo, más energía posee. Cuando se realiza trabajo, la energía de los cuerpos cambia. El trabajo realizado es igual al cambio de energía. Energía potencial y cinética.Potencial (del lat. potencia - posibilidad) la energía es la energía que está determinada por la posición relativa de los cuerpos que interactúan y las partes de un mismo cuerpo. La energía potencial, por ejemplo, la posee un cuerpo elevado con respecto a la superficie de la Tierra, porque la energía depende de la posición relativa de éste y la Tierra. y su atracción mutua. Si consideramos que la energía potencial de un cuerpo que se encuentra en la Tierra es cero, entonces la energía potencial de un cuerpo elevado a una cierta altura estará determinada por el trabajo realizado por la gravedad cuando el cuerpo cae a la Tierra. Denotemos la energía potencial del cuerpo. mi n, porque mi = un, y el trabajo, como sabemos, es igual al producto de la fuerza por la trayectoria, entonces A = Fh, Dónde F- gravedad. Esto significa que la energía potencial En es igual a: E = Fh, o E = gmh, Dónde gramo- aceleración de caída libre, metro- peso corporal, h- la altura a la que se eleva el cuerpo. El agua de los ríos represados tiene una enorme energía potencial. Al caer, el agua funciona, impulsando potentes turbinas de centrales eléctricas. La energía potencial de un martillo de copra (Fig.) se utiliza en la construcción para realizar los trabajos de hincado de pilotes. Al abrir una puerta con resorte, se realiza trabajo para estirar (o comprimir) el resorte. Debido a la energía adquirida, el resorte, al contraerse (o enderezarse), funciona y cierra la puerta. La energía de los resortes comprimidos y sin torcer se utiliza, por ejemplo, en relojes, diversos juguetes de cuerda, etc. Cualquier cuerpo elástico deformado tiene energía potencial. La energía potencial del gas comprimido se utiliza en el funcionamiento de motores térmicos, en martillos neumáticos, muy utilizados en la industria minera, en la construcción de carreteras, excavación de suelos duros, etc. La energía que posee un cuerpo como resultado de su movimiento se llama cinética (del griego. cine - movimiento) energía. La energía cinética de un cuerpo se denota con la letra. mi A. El agua en movimiento, que impulsa las turbinas de las centrales hidroeléctricas, gasta su energía cinética y realiza trabajo. El aire en movimiento, el viento, también tiene energía cinética. ¿De qué depende la energía cinética? Pasemos a la experiencia (ver figura). Si haces rodar la bola A desde diferentes alturas, notarás que la mayor altura La bola rueda hacia abajo, cuanto mayor es su velocidad y más se mueve el bloque, es decir, más trabajo realiza. Esto significa que la energía cinética de un cuerpo depende de su velocidad. Debido a su velocidad, una bala voladora tiene una gran energía cinética. La energía cinética de un cuerpo también depende de su masa. Hagamos nuestro experimento nuevamente, pero haremos rodar otra bola de mayor masa desde el plano inclinado. La barra B se moverá más, es decir, se realizará más trabajo. Esto significa que la energía cinética de la segunda bola es mayor que la de la primera. Cuanto mayor es la masa de un cuerpo y la velocidad a la que se mueve, mayor es su energía cinética. Para determinar la energía cinética de un cuerpo se utiliza la fórmula: Ek = mv^2/2, Dónde metro- peso corporal, v- velocidad del movimiento del cuerpo. La energía cinética de los cuerpos se utiliza en tecnología. El agua retenida por la presa tiene, como ya se ha comentado, una gran energía potencial. Cuando el agua cae de una presa, se mueve y tiene la misma energía cinética alta. Impulsa una turbina conectada a un generador de corriente eléctrica. Debido a la energía cinética del agua se genera energía eléctrica. La energía del agua en movimiento tiene gran valor V economía nacional. Esta energía se aprovecha mediante potentes centrales hidroeléctricas. La energía del agua que cae es una fuente de energía respetuosa con el medio ambiente, a diferencia de la energía del combustible. Todos los cuerpos en la naturaleza, en relación con el valor cero convencional, tienen energía potencial o cinética y, a veces, ambas juntas. Por ejemplo, un avión en vuelo tiene energía cinética y potencial en relación con la Tierra. Conocimos dos tipos de energía mecánica. Otros tipos de energía (eléctrica, interna, etc.) se discutirán en otras secciones del curso de física. Conversión de un tipo de energía mecánica en otro. El fenómeno de transformación de un tipo de energía mecánica en otro es muy conveniente de observar en el dispositivo que se muestra en la figura. Al enrollar el hilo sobre el eje, se levanta el disco del dispositivo. Un disco elevado hacia arriba tiene cierta energía potencial. Si lo sueltas, girará y empezará a caer. A medida que cae, la energía potencial del disco disminuye, pero al mismo tiempo aumenta su energía cinética. Al final de la caída, el disco tiene tal reserva de energía cinética que puede volver a elevarse casi hasta su altura anterior. (Parte de la energía se gasta trabajando contra la fuerza de fricción, por lo que el disco no alcanza su altura original). Una vez elevado, el disco vuelve a caer y luego vuelve a subir. En este experimento, cuando el disco se mueve hacia abajo, su energía potencial se convierte en energía cinética y cuando se mueve hacia arriba, la energía cinética se convierte en energía potencial. La transformación de energía de un tipo a otro también se produce cuando dos cuerpos elásticos chocan, por ejemplo, una pelota de goma en el suelo o una bola de acero sobre una placa de acero. Si se eleva por encima placa de acero bola de acero (arroz) y suéltala de tus manos, caerá. A medida que la pelota cae, su energía potencial disminuye y su energía cinética aumenta a medida que aumenta la velocidad de la pelota. Cuando la pelota golpea el plato, tanto la pelota como el plato se comprimen. La energía cinética que tenía la bola se convertirá en energía potencial del plato comprimido y de la bola comprimida. Luego, gracias a la acción de fuerzas elásticas, la placa y la pelota tomarán su forma original. La pelota rebotará en el plato y su energía potencial se convertirá nuevamente en energía cinética de la pelota: la pelota rebotará a una velocidad de casi igual velocidad, que poseía en el momento del impacto con la losa. A medida que la pelota se eleva, su velocidad y, por lo tanto, su energía cinética disminuye, mientras que la energía potencial aumenta. Al rebotar en la losa, la pelota se eleva casi a la misma altura desde la que comenzó a caer. En el punto más alto de la subida, toda su energía cinética volverá a convertirse en potencial. Los fenómenos naturales suelen ir acompañados de la transformación de un tipo de energía en otro. La energía se puede transferir de un cuerpo a otro. Por ejemplo, en el tiro con arco, la energía potencial de la cuerda tensada del arco se convierte en energía cinética de una flecha voladora. |
Uno de los conceptos más importantes en mecánica es trabajo de fuerza .
trabajo de fuerza
Todos los cuerpos físicos del mundo que nos rodea se ponen en movimiento por la fuerza. Si sobre un cuerpo que se mueve en la misma dirección o en la dirección opuesta actúa una fuerza o varias fuerzas de uno o más cuerpos, entonces se dice que se esta haciendo el trabajo .
Es decir, el trabajo mecánico lo realiza una fuerza que actúa sobre el cuerpo. Así, la fuerza de tracción de una locomotora eléctrica pone en movimiento todo el tren, realizando así un trabajo mecánico. La bicicleta es impulsada por la fuerza muscular de las piernas del ciclista. En consecuencia, esta fuerza también realiza trabajo mecánico.
en fisica trabajo de fuerza Llame a una cantidad física igual al producto del módulo de fuerza, el módulo de desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza y el coseno del ángulo entre los vectores de fuerza y desplazamiento.
A = F s porque (F, s) ,
Dónde F módulo de fuerza,
s - módulo de viaje .
Siempre se realiza trabajo si el ángulo entre los vientos de fuerza y el desplazamiento no es cero. Si la fuerza actúa en dirección opuesta a la dirección del movimiento, la cantidad de trabajo es negativa.
No se realiza ningún trabajo si no actúan fuerzas sobre el cuerpo, o si el ángulo entre la fuerza aplicada y la dirección del movimiento es de 90 o (cos 90 o = 0).
Si un caballo tira de un carro, entonces la fuerza muscular del caballo, o la fuerza de tracción dirigida en la dirección del movimiento del carro, funciona. Pero la fuerza de gravedad con la que el conductor presiona el carro no realiza ningún trabajo, ya que se dirige hacia abajo, perpendicular a la dirección del movimiento.
El trabajo de la fuerza es una cantidad escalar.
Unidad de trabajo en el sistema de medida SI. - julio. 1 julio es el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton a una distancia de 1 m si las direcciones de la fuerza y el desplazamiento coinciden.
Si sobre un cuerpo o un punto material actúan varias fuerzas, entonces hablamos del trabajo realizado por su fuerza resultante.
Si la fuerza aplicada no es constante, entonces su trabajo se calcula como una integral:
Fuerza
La fuerza que pone en movimiento un cuerpo realiza un trabajo mecánico. Pero a veces es muy importante saber en la práctica cómo se realiza este trabajo, rápida o lentamente. Después de todo, el mismo trabajo se puede completar en tiempos diferentes. El trabajo que realiza un motor eléctrico grande se puede realizar mediante motor pequeño. Pero necesitará mucho más tiempo para ello.
En mecánica, existe una cantidad que caracteriza la velocidad de trabajo. Esta cantidad se llama fuerza.
La potencia es la relación entre el trabajo realizado en un determinado período de tiempo y el valor de este período.
norte= A/∆ t
Por definición Una = F s porque α , A s/∆ t = v , por eso
norte= F v porque α = F v ,
Dónde F - fortaleza, v velocidad, α – el ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección de la velocidad.
Eso es fuerza - este es el producto escalar del vector fuerza y el vector velocidad del cuerpo.
EN sistema internacional La potencia SI se mide en vatios (W).
1 vatio de potencia es 1 julio (J) de trabajo realizado en 1 segundo (s).
La potencia se puede aumentar aumentando la fuerza que realiza el trabajo o la velocidad a la que se realiza este trabajo.
Realizado durante un cierto período de tiempo, hasta este período de tiempo.
poder efectivo, potencia del motor suministrada a la máquina de trabajo directamente o mediante una transmisión de potencia. Hay E.M. útil, total y nominal del motor. La energía útil es la potencia eléctrica de un motor menos el consumo de energía para accionar unidades o mecanismos auxiliares necesarios para su funcionamiento, pero que tiene un accionamiento independiente (no directamente del motor). Total E.m. es la potencia del motor sin deducir los costos especificados. La Em nominal, o simplemente la potencia nominal, es la Em, garantizada por el fabricante durante ciertas condiciones trabajar. Dependiendo del tipo y finalidad del motor, se instalan E.M., regulados por normas o especificaciones técnicas(Por ejemplo, poder más alto del barco motor reversible a una cierta velocidad del cigüeñal cuando el barco está dando marcha atrás: la llamada potencia inversa, potencia máxima motor de avión con mínimo consumo específico combustible (la llamada potencia de crucero, etc.). E.m. depende de la aceleración (intensificación) del proceso de trabajo, el tamaño y la eficiencia mecánica del motor.
Unidades de medida
Otra unidad común de medida de potencia son los caballos de fuerza.
| Unidades | W. | kilovatios | megavatio | kgfm/s | ergio/s | l. Con. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 vatio | 1 | 10 -3 | 10 -6 | 0,102 | 10 7 | 1.36·10 -3 |
| 1 kilovatio | 10 3 | 1 | 10 -3 | 102 | 10 10 | 1,36 |
| 1 megavatio | 10 6 | 10 3 | 1 | 102 10 3 | 10 13 | 1.36 10 3 |
| 1 kilogramo-fuerza por segundo | 9,81 | 9.81·10 -3 | 9.81·10-6 | 1 | 9,81 10 7 | 1.33·10 -2 |
| 1 ergio por segundo | 10 -7 | 10 -10 | 10 -13 | 1.02·10-8 | 1 | 1.36·10-10 |
| 1 caballo de fuerza | 735,5 | 735.5·10 -3 | 735.5·10-6 | 75 | 7.355 10 9 | 1 |
potencia mecanica
Si una fuerza actúa sobre un cuerpo en movimiento, entonces esta fuerza realiza un trabajo. La potencia en este caso es igual al producto escalar del vector fuerza y el vector velocidad con el que se mueve el cuerpo:
METRO- momento, - velocidad angular, - número pi, norte- velocidad de rotación (rpm).
energía eléctrica
energía eléctrica- una cantidad física que caracteriza la velocidad de transmisión o conversión de energía eléctrica.
S - Potencia aparente, VA
P - potencia activa, W
Q-Re potencia activa, var
Instrumentos de medición de potencia.
Notas
Ver también
Campo de golf
- La influencia de la forma de la corriente eléctrica en su acción. Revista radiofónica, número 6, 1999
Fundación Wikimedia.
2010.
Vea qué es "Poder (física)" en otros diccionarios: Enciclopedia física
Ejemplos de diversos fenómenos físicos Física (del griego antiguo φύσις ... Wikipedia
I. Materia y estructura de la física La física es una ciencia que estudia las leyes más simples y al mismo tiempo más generales de los fenómenos naturales, las propiedades y estructura de la materia y las leyes de su movimiento. Por tanto, los conceptos de F. y otras leyes subyacen a todo... ... Gran enciclopedia soviética
La Física de Alta Densidad de Energía (HED Physics) es una rama de la física en la intersección de la física de la materia condensada y la física del plasma, que se ocupa del estudio de sistemas que tienen densidad alta energía. Bajo alto... Wikipedia
La potencia eléctrica es una cantidad física que caracteriza la velocidad de transmisión o conversión de la energía eléctrica. Contenido 1 Energía eléctrica instantánea ... Wikipedia
La potencia eléctrica es una cantidad física que caracteriza la velocidad de transmisión o conversión de la energía eléctrica. Contenidos 1 Potencia eléctrica instantánea 2 Potencia corriente continua...Wikipedia
Este término tiene otros significados, consulte Intensidad. Intensidad Dimensión MT−3 Unidades SI W/m² ... Wikipedia
Vatímetro (vatios + gr. μετρεω medidos) metro, diseñado para determinar la potencia de una corriente eléctrica o señal electromagnética. Contenido 1 Clasificación 2 Vatímetros de baja frecuencia y corriente continua ... Wikipedia
Un vatímetro (vatio + gr. μετρεω mido) es un dispositivo de medición diseñado para determinar la potencia de una corriente eléctrica o una señal electromagnética. Contenido 1 Clasificación 2 Vatímetros de baja frecuencia y corriente continua ... Wikipedia
Libros
- Física. 7mo grado. Materiales didácticos para el libro de texto de A. V. Peryshkin. Vertical. Estándar educativo del estado federal, Maron Abram Evseevich, Maron Evgeniy Abramovich. Este manual incluye tareas de entrenamiento, pruebas de autocontrol, trabajo independiente, pruebas y ejemplos de resolución de problemas típicos. En total, el conjunto de didácticas propuestas…
De una carta a un cliente:
Dígame, por el amor de Dios, por qué la potencia del UPS se indica en voltios-amperios y no en los habituales kilovatios. Esto es muy estresante. Después de todo, todo el mundo está acostumbrado desde hace mucho tiempo a los kilovatios. Y la potencia de todos los dispositivos se indica principalmente en kW.
Alexéi. 21 de junio de 2007
Las características técnicas de cualquier UPS indican la potencia aparente [kVA] y la potencia activa [kW]; caracterizan la capacidad de carga del UPS. Ejemplo, vea las fotos a continuación:
 |
La potencia de no todos los dispositivos se indica en W, por ejemplo:
- La potencia de los transformadores se indica en VA:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (transformadores TP: ver apéndice)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformadores TSGL: ver apéndice) - La potencia del condensador se indica en Vars:
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (condensadores K78-39: ver apéndice)
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (condensadores del Reino Unido: consulte el apéndice) - Para ejemplos de otras cargas, consulte los apéndices a continuación.
Las características de potencia de la carga se pueden especificar con precisión mediante un solo parámetro (potencia activa en W) solo para el caso de corriente continua, ya que en un circuito de corriente continua solo hay un tipo de resistencia: la resistencia activa.
Las características de potencia de la carga para el caso de corriente alterna no pueden especificarse con precisión mediante un solo parámetro, ya que existen dos diferentes tipos Resistencia: activa y reactiva. Por lo tanto, sólo dos parámetros: potencia activa y potencia reactiva caracterizan con precisión la carga.
Los principios operativos de la resistencia activa y reactiva son completamente diferentes. Resistencia activa: convierte irreversiblemente la energía eléctrica en otros tipos de energía (térmica, luminosa, etc.) - ejemplos: lámpara incandescente, calentador eléctrico (párrafo 39, Física grado 11 V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).
Reactancia: acumula energía alternativamente y luego la libera nuevamente a la red; ejemplos: capacitor, inductor (párrafos 40,41, Física, grado 11, V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).
Además, en cualquier libro de texto sobre ingeniería eléctrica se puede leer que la potencia activa (disipada por la resistencia activa) se mide en vatios y la potencia reactiva (que circula a través de la reactancia) se mide en vars; También se utilizan dos parámetros más para caracterizar la potencia de carga: potencia total y factor de potencia. Todos estos 4 parámetros:
- Potencia activa: designación PAG, unidad de medida: Vatio
- Potencia reactiva: designación q, unidad de medida: var(voltiamperios reactivos)
- Potencia aparente: designación S, unidad de medida: Virginia(voltiamperios)
- Factor de potencia: símbolo k o porqueФ, unidad de medida: cantidad adimensional
Estos parámetros están relacionados por las relaciones: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S
También porqueФ llamado factor de potencia ( Factor de potencia – FP)
Por lo tanto, en ingeniería eléctrica, dos de estos parámetros se especifican para caracterizar la potencia, ya que el resto se puede encontrar a partir de estos dos.
Por ejemplo, motores eléctricos, lámparas (descarga), en esos. los datos indicados P[kW] y cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (motores AIR: ver apéndice)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (lámparas DRL: ver apéndice)
(ejemplos de datos técnicos diferentes cargas ver el apéndice a continuación)
Lo mismo ocurre con las fuentes de alimentación. Su potencia (capacidad de carga) se caracteriza por un parámetro para las fuentes de alimentación de CC: potencia activa (W) y dos parámetros para las fuentes. Fuente de alimentación de CA. Normalmente estos dos parámetros son la potencia aparente (VA) y la potencia activa (W). Véanse, por ejemplo, los parámetros del grupo electrógeno diésel y del SAI.
La mayoría de las oficinas y electrodomésticos, activos (poca o nula reactancia), por lo que su potencia se indica en Watts. En este caso, al calcular la carga, se utiliza el valor de potencia del UPS en Watts. Si la carga son computadoras con fuentes de alimentación (PSU) sin corrección del factor de potencia de entrada (APFC), impresora láser, refrigerador, aire acondicionado, motor eléctrico (por ejemplo bomba sumergible o un motor como parte de una máquina), lámparas fluorescentes, etc. - todas las salidas se utilizan en el cálculo. Datos del SAI: kVA, kW, características de sobrecarga, etc.
Consulte los libros de texto de ingeniería eléctrica, por ejemplo:
1. Evdokimov F. E. Fundamentos teóricos electrotecnia. - M.: Centro editorial "Academia", 2004.
2. Nemtsov M.V. Ingeniería eléctrica y electrónica. - M.: Centro editorial "Academia", 2007.
3. Chastoedov L. A. Ingeniería eléctrica. - M.: Escuela Superior, 1989.
Consulte también Alimentación de CA, Factor de potencia, Resistencia eléctrica, Reactancia http://en.wikipedia.org
(traducción: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Solicitud
Ejemplo 1: la potencia de transformadores y autotransformadores se indica en VA (Voltios Amperios)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformadores TSGL)
| Autotransformadores monofásicos |
|
||
| TDGC2-0,5 kVa, 2A | AOSN-2-220-82 | ||
| TDGC2-1,0 kVa, 4A | Latr 1.25 | AOSN-4-220-82 | |
| TDGC2-2,0 kVa, 8A | Latr 2.5 | AOSN-8-220-82 | |
| TDGC2-3,0 kVa, 12A | |||
| TDGC2-4,0 kVa, 16A | |||
| TDGC2-5,0 kVa, 20A | AOSN-20-220 | ||
| TDGC2-7,0 kVa, 28A | |||
| TDGC2-10 kVa, 40A | AOMN-40-220 | ||
| TDGC2-15 kVa, 60A | |||
| TDGC2-20 kVa, 80A | |||
http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (LATR / autotransformadores de laboratorio TDGC2)
Ejemplo 2: la potencia de los condensadores se indica en VAR (Voltio Amperios reactivos)
 |
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (condensadores K78-39)
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http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (condensadores del Reino Unido)
Ejemplo 3: los datos técnicos de los motores eléctricos contienen potencia activa (kW) y cosF
Para cargas como motores eléctricos, lámparas (descarga), fuentes de alimentación de computadoras, cargas combinadas, etc. - los datos técnicos indican P [kW] y cosФ (potencia activa y factor de potencia) o S [kVA] y cosФ (potencia aparente y factor de potencia) potencia).
http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(carga combinada - máquina corte por plasma acero / Cortadora de plasma Inverter LGK160 (IGBT)
http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (fuente de alimentación de PC)
Apéndice 1
Si la carga tiene un factor de potencia alto (0,8 ... 1,0), entonces sus propiedades se acercan a las de una carga resistiva. Esta carga es ideal tanto para la línea de red como para fuentes de energía, porque no genera corrientes y potencias reactivas en el sistema.
Por lo tanto, muchos países han adoptado normas que regulan el factor de potencia de los equipos.
Anexo 2
Equipos de carga única (por ejemplo, PSU PC) y combinados de varios componentes (por ejemplo, fresadora) maquina industrial, que contiene varios motores, una PC, iluminación, etc.) tienen factores de potencia bajos (menos de 0,8) de unidades internas (por ejemplo, un rectificador de fuente de alimentación de PC o un motor eléctrico tienen un factor de potencia de 0,6 .. 0,8). Por lo tanto, hoy en día la mayoría de los equipos cuentan con una unidad de entrada de corrección del factor de potencia. En este caso, el factor de potencia de entrada es 0,9 ... 1,0, lo que corresponde a los estándares reglamentarios.
Apéndice 3: Nota importante sobre el factor de potencia del UPS y los estabilizadores de voltaje
La capacidad de carga del SAI y del grupo electrógeno diésel está normalizada a una carga industrial estándar (factor de potencia 0,8 de carácter inductivo). Por ejemplo, UPS 100 kVA / 80 kW. Esto significa que el dispositivo puede alimentar una carga resistiva. potencia máxima 80 kW, o carga mixta (reactiva-reactiva) de potencia máxima 100 kVA con un factor de potencia inductivo de 0,8.
Con los estabilizadores de voltaje la situación es diferente. Para el estabilizador, el factor de potencia de carga es indiferente. Por ejemplo, un estabilizador de voltaje de 100 kVA. Esto significa que el dispositivo puede alimentar una carga activa con una potencia máxima de 100 kW, o cualquier otra potencia (puramente activa, puramente reactiva, mixta) de 100 kVA o 100 kVAr con cualquier factor de potencia de carácter capacitivo o inductivo. Tenga en cuenta que esto es válido para una carga lineal (sin corrientes armónicas más altas). Con grandes distorsiones armónicas de la corriente de carga (SOI alto), se reduce la potencia de salida del estabilizador.
Anexo 4
Ejemplos ilustrativos de cargas puramente activas y puras reactivas:
- Una lámpara incandescente de 100 W está conectada a una red de corriente alterna de 220 VCA; en todas partes del circuito hay una corriente de conducción (a través de los cables conductores y el filamento de tungsteno de la lámpara). Características de carga (lámpara): potencia S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => toda la energía eléctrica está activa, lo que significa que es completamente absorbida por la lámpara y convertida en calor y energía luminosa.
- Un capacitor no polar de 7 µF está conectado a una red de corriente alterna de 220 VCA; hay una corriente de conducción en el circuito del cable y una corriente de polarización fluye dentro del capacitor (a través del dieléctrico). Características de la carga (condensador): potencia S=Q~=100 VA=100 VAr, PF=0 => toda la potencia eléctrica es reactiva, lo que significa que circula constantemente desde la fuente a la carga y viceversa, nuevamente a la carga, etc.
Anexo 5
Para indicar la reactancia predominante (inductiva o capacitiva), al factor de potencia se le asigna el signo:
+ (más)– si la reactancia total es inductiva (ejemplo: PF=+0,5). La fase actual está retrasada con respecto a la fase de voltaje en un ángulo Ф.
- (menos)– si la reactancia total es capacitiva (ejemplo: PF=-0,5). La fase actual avanza la fase de voltaje en un ángulo F.
Apéndice 6
Preguntas adicionales
Pregunta 1:
¿Por qué todos los libros de texto de ingeniería eléctrica utilizan números/cantidades imaginarias al calcular circuitos de CA (por ejemplo, potencia reactiva, reactancia, etc.) que no existen en la realidad?
Respuesta:
Sí, todas las cantidades individuales del mundo circundante son reales. Incluyendo temperatura, reactancia, etc. El uso de números imaginarios (complejos) es sólo una técnica matemática que facilita los cálculos. El resultado del cálculo es necesariamente un número real. Ejemplo: la potencia reactiva de una carga (condensador) de 20 kVAr es un flujo de energía real, es decir, Watts reales que circulan en el circuito fuente-carga. Pero para distinguir estos Watts de los Watts irremediablemente absorbidos por la carga, decidieron llamar a estos “Watts circulantes” Voltamperios reactivos.
Comentario:
Anteriormente, en física solo se usaban cantidades únicas y, al calcular, todas las cantidades matemáticas correspondían a las cantidades reales del mundo circundante. Por ejemplo, la distancia es igual a la velocidad por el tiempo (S=v*t). Luego, con el desarrollo de la física, es decir, a medida que se estudiaban objetos más complejos (luz, ondas, corriente eléctrica alterna, átomo, espacio, etc.), apareció algo así. gran número cantidades físicas que se hizo imposible calcular cada una por separado. Este no es sólo un problema de cálculo manual, sino también un problema de compilación de programas informáticos. Para resolver este problema, se comenzaron a combinar cantidades individuales cercanas en otras más complejas (incluidas 2 o más cantidades individuales), sujetas a leyes de transformación conocidas en matemáticas. Así aparecieron las cantidades escalares (simples) (temperatura, etc.), las cantidades vectoriales y duales complejas (impedancia, etc.), las cantidades vectoriales triples (vectoriales). campo magnético etc.), y cantidades más complejas: matrices y tensores (tensor de constante dieléctrica, tensor de Ricci, etc.). Para simplificar los cálculos en ingeniería eléctrica, se utilizan las siguientes cantidades duales imaginarias (complejas):
- Resistencia total (impedancia) Z=R+iX
- Potencia aparente S=P+iQ
- Constante dieléctrica e=e"+ie"
- Permeabilidad magnética m=m"+im"
- etc.
Pregunta 2:
La página http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power muestra S P Q Ф en un plano complejo, es decir, imaginario / inexistente. ¿Qué tiene que ver todo esto con la realidad?
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Respuesta:
Es difícil realizar cálculos con sinusoides reales, por lo tanto, para simplificar los cálculos, utilice una representación vectorial (compleja) como en la Fig. más alto. Pero esto no significa que los S P Q que se muestran en la figura no estén relacionados con la realidad. Los valores reales de S P Q se pueden presentar en en la forma habitual, basado en mediciones de señales sinusoidales con un osciloscopio. Los valores de S P Q Ф I U en el circuito de corriente alterna “fuente-carga” dependen de la carga. A continuación se muestra un ejemplo de señales sinusoidales reales S P Q y Ф para el caso de una carga que consta de resistencias activas y reactivas (inductivas) conectadas en serie.
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Pregunta 3:
Común pinzas de corriente y un multímetro midió la corriente de carga de 10 A, y el voltaje en la carga es 225 V. Multiplique y obtenga la potencia de carga en W: 10 A · 225 V = 2250 W.
Respuesta:
Ha obtenido (calculado) la potencia de carga total de 2250 VA. Entonces su respuesta solo será válida si su carga es puramente resistiva, entonces efectivamente Volt Ampere igual a vatio. Para todos los demás tipos de cargas (por ejemplo, un motor eléctrico) - no. Para medir todas las características de cualquier carga arbitraria, es necesario utilizar un analizador de red, por ejemplo APPA137:
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Ver lecturas adicionales, por ejemplo:
Evdokimov F. E. Fundamentos teóricos de la ingeniería eléctrica. - M.: Centro editorial "Academia", 2004.
Nemtsov M.V. Ingeniería eléctrica y electrónica. - M.: Centro editorial "Academia", 2007.
Chastoedov L. A. Ingeniería eléctrica. - M.: Escuela Superior, 1989.
Alimentación CA, Factor de potencia, Resistencia eléctrica, Reactancia
http://en.wikipedia.org (traducción: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)
Teoría y cálculo de transformadores. baja potencia Y.N.Starodubtsev / RadioSoft Moscú 2005 / rev d25d5r4feb2013