Jak znaleźć moc we wzorze fizycznym. Wzór i definicja mocy mechanicznej. Moc - wielkość fizyczna, wzór na moc

Każdy ma nowoczesne urządzenie Jest energia elektryczna. Jego wartość cyfrowa jest wskazana przez producenta na korpusie suszarki do włosów lub czajnik elektryczny, na pokrywie robota kuchennego.

Jednostki miary

Obliczanie mocy elektrycznej pozwala określić koszt energii elektrycznej zużywanej przez różne urządzenia w określonym przedziale czasu. Nadmiar watów i kilowatów prowadzi do uszkodzenia przewodów i deformacji styków.

Zależność prądu elektrycznego od mocy pobieranej przez urządzenia

Moc elektryczna reprezentuje pracę wykonaną w pewnym okresie czasu. Urządzenie podłączone do gniazdka działa, co mierzono w watach (W). Ciało wskazuje ilość energii, która zostanie zużyta przez urządzenie w określonym czasie, czyli podana jest zużyta moc elektryczna.

Zużycie energii

Jest wydawany, aby zapewnić ruch elektronów w przewodniku. W przypadku posiadania jednego elektronu opłata jednostkowa, jest porównywalne z napięciem sieciowym. Całkowita energia potrzebna do poruszenia wszystkich elektronów zostanie określona jako iloczyn napięcia i liczby elektronów w obwodzie, gdy urządzenie elektryczne działa. Poniżej wzór na moc elektryczną:

Biorąc pod uwagę, że liczba elektronów przepływających przez przekrój poprzeczny przewodnika w pewnym okresie czasu wynosi prąd elektryczny, możesz przedstawić to w wyrażeniu żądanej ilości. Wzór na energię elektryczną będzie wyglądał następująco:

W rzeczywistości trzeba obliczyć nie samą moc, ale wartość prądu, znając napięcie sieciowe i moc znamionową. Po ustaleniu prądu pobieranego przez określone urządzenie można powiązać parametry gniazdka i wyłącznika.

Przykłady obliczeń

W przypadku czajnika, którego moc elektryczna jest zaprojektowana na dwa kilowaty, pobór prądu określa się według wzoru:

I=P/U=(2*1000)/220=9A

Aby podłączyć takie urządzenie do zwykłego sieć elektryczna, złącze zaprojektowane na 6 amperów wyraźnie nie jest odpowiednie.

Powyższe zależności między mocą a prądem elektrycznym mają znaczenie tylko wtedy, gdy wartości napięcia i prądu są całkowicie zgodne w fazie. Dla prawie wszystkich gospodarstw domowych urządzenia elektryczne Odpowiedni jest wzór na moc elektryczną.

Wyjątkowe sytuacje

Jeżeli w obwodzie występuje duża pojemność lub indukcyjność, użyte wzory będą zawodne i nie będą mogły być użyte do obliczeń matematycznych. Na przykład moc elektryczną silnika prądu przemiennego można zdefiniować w następujący sposób:

cosφ jest współczynnikiem mocy, dla którego silniki elektryczne wynosi 0,6-0,8 jednostki.

Przy określaniu parametrów urządzenia w sieci trójfazowej o napięciu 380 V należy zsumować moc z poszczególnych wartości dla każdej fazy.

Przykład obliczeń

Przykładowo w przypadku kotła trójfazowego zaprojektowanego na moc 3 kW, w każdej fazie zużywa się 1 kW. Obliczmy wartość prądu fazowego korzystając ze wzoru:

I=P/U_ф =(1*1000)/220=4,5A.

Dla nowoczesny człowiek typowy trwałe użytkowanie energia elektryczna w produkcji i w domu. Posługuje się urządzeniami pobierającymi prąd elektryczny i wykorzystuje urządzenia, które go wytwarzają. Pracując z takimi źródłami, ważne jest, aby je wziąć pod uwagę maksymalne możliwości, które zakłada się w specyfikacje techniczne.

Taki wielkość fizyczna, podobnie jak energia elektryczna, jest jednym z głównych wskaźników każdego urządzenia, które działa, gdy przepływa przez nie przepływ elektronów. Do transportu lub przesyłu energii elektrycznej do duża objętość niezbędne w warunkach produkcyjnych linie wysokiego napięcia przekładnie elektryczne.

Konwersja energii odbywa się przy dużej mocy podstacje transformatorowe. Konwersja trójfazowa jest typowa dla przemysłu i sprzęt AGD różne sfery aplikacje. Na przykład dzięki tej transformacji działają żarówki o różnych mocach.

W elektrotechnice teoretycznej istnieje coś takiego jak chwilowa moc elektryczna. Wartość ta związana jest z przepływem pojedynczego ładunku elementarnego przez określoną powierzchnię w krótkim czasie. Ładunek ten wykonuje pracę, co wiąże się z pojęciem mocy chwilowej.

Wykonując proste obliczenia matematyczne, możesz określić wielkość mocy. Znając tę ​​wartość, możesz wybrać napięcie dla pełnego funkcjonowania różnych urządzeń gospodarstwa domowego i przemysłowych. W takim przypadku możesz uniknąć ryzyka związanego z przepaleniem drogich urządzeń elektrycznych, a także koniecznością okresowej wymiany instalacji elektrycznej w mieszkaniu lub biurze.

Praca mechaniczna. Jednostki pracy.

W życie codzienne Pod pojęciem „pracy” rozumiemy wszystko.

W fizyce pojęcie Stanowisko nieco inny. Jest to określona wielkość fizyczna, co oznacza, że ​​można ją zmierzyć. W fizyce bada się przede wszystkim praca mechaniczna .

Spójrzmy na przykłady pracy mechanicznej.

Pociąg porusza się pod wpływem siły trakcyjnej lokomotywy elektrycznej i wykonywana jest praca mechaniczna. Kiedy strzela się z pistoletu, siła ciśnienia gazów proszkowych działa - przesuwa pocisk wzdłuż lufy, a prędkość pocisku wzrasta.

Z tych przykładów jasno wynika, że ​​praca mechaniczna jest wykonywana, gdy ciało porusza się pod wpływem siły. Pracę mechaniczną wykonuje się także w przypadku, gdy siła działająca na ciało (np. siła tarcia) zmniejsza prędkość jego ruchu.

Chcąc przesunąć szafkę, mocno na nią naciskamy, ale jeśli się nie poruszy, to nie wykonujemy pracy mechanicznej. Można sobie wyobrazić przypadek, w którym ciało porusza się bez udziału sił (na zasadzie bezwładności); w tym przypadku również nie jest wykonywana praca mechaniczna.

Więc, praca mechaniczna jest wykonywana tylko wtedy, gdy na ciało działa siła i ciało się porusza .

Nietrudno zrozumieć, że im większa siła działa na ciało i im dłuższa droga, jaką ciało przebywa pod wpływem tej siły, tym większa jest wykonana praca.

Praca mechaniczna jest wprost proporcjonalna do przyłożonej siły i wprost proporcjonalna do przebytej drogi .

Dlatego zgodziliśmy się mierzyć pracę mechaniczną iloczynem siły i drogą przebytą w tym kierunku tej siły:

praca = siła × droga

Gdzie A- Stanowisko, F- siła i S- przebyty dystans.

Za jednostkę pracy uważa się pracę wykonaną przez siłę 1N na drodze 1 m.

Jednostka pracy - dżul (J ) nazwany na cześć angielskiego naukowca Joule'a. Zatem,

1 J = 1 N m.

Używany również kilodżule (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formuła A = F ma zastosowanie, gdy siła F stały i pokrywa się z kierunkiem ruchu ciała.

Jeśli kierunek siły pokrywa się z kierunkiem ruchu ciała, to siła ta wykonuje pracę dodatnią.

Jeśli ciało porusza się w kierunku przeciwnym do kierunku przyłożonej siły, na przykład siły tarcia ślizgowego, to siła ta wykonuje pracę ujemną.

Jeżeli kierunek siły działającej na ciało jest prostopadły do ​​kierunku ruchu, to siła ta nie wykonuje pracy, praca wynosi zero:

W przyszłości mówiąc o pracy mechanicznej, nazwiemy ją krótko jednym słowem – praca.

Przykład. Oblicz pracę wykonaną podczas podnoszenia płyta granitowa objętość 0,5 m3 do wysokości 20 m Gęstość granitu 2500 kg/m3.

Dany:

ρ = 2500 kg/m 3

Rozwiązanie:

gdzie F jest siłą, którą należy przyłożyć, aby równomiernie podnieść płytę do góry. Siła ta jest równa modułowi siły Fstrand działającej na płytę, tj. F = Fstrand. Siłę ciężkości można określić na podstawie masy płyty: Fwaga = gm. Obliczmy masę płyty, znając jej objętość i gęstość granitu: m = ρV; s = h, tj. droga jest równa wysokości podnoszenia.

Zatem m = 2500 kg/m3 · 0,5 m3 = 1250 kg.

F = 9,8 N/kg · 1250 kg ≈ 12250 N.

A = 12 250 N · 20 m = 245 000 J = 245 kJ.

Odpowiedź: A =245 kJ.

Dźwignie.Moc.Energia

Aby wykonać tę samą pracę, wymagane są różne silniki różne czasy. Na przykład, dźwig na budowie podnosi go w ciągu kilku minut górka budynki to setki cegieł. Gdyby te cegły zostały przeniesione przez pracownika, zajęłoby mu to kilka godzin. Inny przykład. Koń może zaorać hektar ziemi w 10-12 godzin, natomiast traktor z pługiem wieloletylowym ( lemiesz pługa- część pługa, która odcina warstwę ziemi od dołu i przenosi ją na wysypisko; lemiesz wielopłaszczyznowy - wiele lemieszy), praca ta zostanie wykonana w ciągu 40-50 minut.

Oczywiste jest, że dźwig wykonuje tę samą pracę szybciej niż robotnik, a traktor wykonuje tę samą pracę szybciej niż koń. Szybkość pracy charakteryzuje się specjalną wielkością zwaną mocą.

Moc jest równa stosunkowi pracy do czasu jej wykonania.

Aby obliczyć moc, należy podzielić pracę przez czas, w którym ta praca została wykonana. moc = praca/czas.

Gdzie N- moc, A- Stanowisko, T- czas wykonywanej pracy.

Moc jest wielkością stałą, gdy ta sama praca jest wykonywana co sekundę; w pozostałych przypadkach stosunek Na określa moc średnią:

Nśrednia = Na . Za jednostkę mocy przyjmuje się moc, z jaką praca J zostanie wykonana w ciągu 1 s.

Jednostka ta nazywa się wat ( W) na cześć innego angielskiego naukowca Watta.

1 wat = 1 dżul/1 sekunda, Lub 1 W = 1 J/s.

Wat (dżul na sekundę) - W (1 J/s).

Większe jednostki mocy są szeroko stosowane w technologii - kilowat (kW), megawat (MW) .

1 MW = 1 000 000 W

1 kW = 1000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1000 mW

Przykład. Znajdź siłę przepływu wody przez tamę, jeśli wysokość spadania wody wynosi 25 m, a jej natężenie przepływu wynosi 120 m3 na minutę.

Dany:

ρ = 1000 kg/m3

Rozwiązanie:

Masa spadającej wody: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

Siła ciężkości działająca na wodę:

F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)

Praca wykonana przez przepływ na minutę:

A - 1 200 000 N · 25 m = 30 000 000 J (3 · 107 J).

Moc przepływu: N = A/t,

N = 30 000 000 J / 60 s = 500 000 W = 0,5 MW.

Odpowiedź: N = 0,5 MW.

Różne silniki mają moc od setnych do dziesiątych kilowata (elektryczny silnik maszynki do golenia, maszyna do szycia) do setek tysięcy kilowatów (turbiny wodne i parowe).

Tabela 5.

Moc niektórych silników, kW.

Każdy silnik posiada tabliczkę (paszport silnika), na której znajdują się pewne informacje o silniku, w tym jego moc.

Siła ludzka przy normalne warunki praca średnio wynosi 70-80 W. Skacząc lub wbiegając po schodach, człowiek może rozwinąć moc do 730 W, a w niektórych przypadkach nawet więcej.

Ze wzoru N = A/t wynika, że

Aby obliczyć pracę, należy pomnożyć moc przez czas, w którym ta praca została wykonana.

Przykład. Silnik wentylatora pokojowego ma moc 35 watów. Ile pracy wykona w ciągu 10 minut?

Zapiszmy warunki problemu i rozwiążmy go.

Dany:

Rozwiązanie:

A = 35 W * 600 s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.

Odpowiedź A= 21 kJ.

Proste mechanizmy.

Od niepamiętnych czasów człowiek posługiwał się różnymi urządzeniami do wykonywania pracy mechanicznej.

Każdy wie, że ciężki przedmiot (kamień, szafka, obrabiarka), którego nie da się poruszyć ręką, można przesunąć za pomocą odpowiednio długiego drążka – dźwigni.

NA w tej chwili Uważa się, że trzy tysiące lat temu, podczas budowy piramid w starożytnym Egipcie, za pomocą dźwigni przesuwano i podnoszono na duże wysokości ciężkie kamienne płyty.

W wielu przypadkach zamiast podnosić ciężki ładunek na określoną wysokość, można go przetoczyć lub przeciągnąć na tę samą wysokość po pochyłej płaszczyźnie lub podnieść za pomocą klocków.

Urządzenia służące do przekształcania siły nazywane są mechanizmy .

Do prostych mechanizmów należą: dźwignie i ich odmiany - blok, brama; płaszczyzna pochyła i jej odmiany - klin, śruba. W większości przypadków proste mechanizmy służy do uzyskania siły, czyli kilkukrotnego zwiększenia siły działającej na ciało.

Proste mechanizmy można znaleźć zarówno w gospodarstwach domowych, jak i we wszystkich skomplikowanych maszynach przemysłowych i fabrycznych, które tną, skręcają i stemplują duże prześcieradła stal lub narysuj najcieńsze nici, z których następnie wykonuje się tkaniny. Te same mechanizmy można znaleźć we współczesnych skomplikowanych automatach, maszynach drukarskich i liczących.

Dźwignia. Równowaga sił na dźwigni.

Rozważmy najprostszy i najczęstszy mechanizm - dźwignię.

Dźwignia jest solidny, który może obracać się wokół stałego wspornika.

Zdjęcia pokazują, jak pracownik używa łomu jako dźwigni do podnoszenia ładunku. W pierwszym przypadku robotnik siłą F naciska koniec łomu B, w drugim - podnosi koniec B.

Pracownik musi pokonać ciężar ładunku P- siła skierowana pionowo w dół. Aby to zrobić, obraca łom wokół osi przechodzącej przez jedyną bez ruchu punktem krytycznym jest punkt jego podparcia O. Wytrzymałość F, za pomocą którego pracownik działa na dźwignię, mniejsza siła P, w ten sposób pracownik otrzymuje zyskać na sile. Za pomocą dźwigni możesz podnieść tak duży ładunek, że nie jesteś w stanie go samodzielnie unieść.

Rysunek pokazuje dźwignię, której oś obrotu wynosi O(punkt podparcia) znajduje się pomiędzy punktami przyłożenia sił A I W. Kolejne zdjęcie przedstawia schemat tej dźwigni. Obie siły F 1 i F 2 działające na dźwignię skierowane są w jednym kierunku.

Najkrótsza odległość między punktem podparcia a linią prostą, wzdłuż której siła działa na dźwignię, nazywana jest ramieniem siły.

Aby znaleźć ramię siły, należy obniżyć prostopadłą od punktu podparcia do linii działania siły.

Długość tej prostopadłej będzie ramieniem tej siły. Rysunek to pokazuje OA- siła ramion F 1; OB- siła ramion F 2. Siły działające na dźwignię mogą obracać ją wokół własnej osi w dwóch kierunkach: zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Tak, siła F 1 obraca dźwignię zgodnie z ruchem wskazówek zegara i siłę F 2 obraca go w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Stan, w którym dźwignia znajduje się w równowadze pod wpływem przyłożonych do niej sił, można ustalić eksperymentalnie. Należy pamiętać, że wynik działania siły zależy nie tylko od jej wartości liczbowej (modułu), ale także od punktu, w którym jest ona przyłożona do ciała, czyli od tego, jak jest skierowana.

Zawieszony na dźwigni (patrz rysunek) po obu stronach punktu podparcia różne obciążenia tak, aby dźwignia za każdym razem pozostawała w równowadze. Siły działające na dźwignię są równe ciężarom tych obciążeń. W każdym przypadku mierzone są moduły siły i ich ramiona. Z doświadczenia pokazanego na rysunku 154 jasno wynika, że ​​siła 2 N równoważy siły 4 N. W tym przypadku, jak widać na rysunku, ramię o mniejszej wytrzymałości jest 2 razy większe niż ramię o większej wytrzymałości.

Na podstawie takich doświadczeń ustalono warunek (zasadę) równowagi dźwigni.

Dźwignia znajduje się w równowadze, gdy działające na nią siły są odwrotnie proporcjonalne do ramion tych sił.

Regułę tę można zapisać w postaci wzoru:

F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,

Gdzie F 1I F 2 - siły działające na dźwignię, l 1I l 2 , - ramiona tych sił (patrz rysunek).

Zasada równowagi dźwigni została ustanowiona przez Archimedesa około 287 - 212. PRZED CHRYSTUSEM mi. (ale w ostatnim akapicie było powiedziane, że dźwigniami posługiwali się Egipcjanie? A może słowo „ustanowiony” odgrywa tu ważną rolę?)

Z tej reguły wynika, że ​​mniejszą siłę można wykorzystać do zrównoważenia większej siły za pomocą dźwigni. Niech jedno ramię dźwigni będzie 3 razy większe od drugiego (patrz rysunek). Następnie przykładając siłę np. 400 N w punkcie B można podnieść kamień o masie 1200 N. Aby podnieść jeszcze większy ładunek, należy zwiększyć długość ramienia dźwigni, na którą działa pracownik.

Przykład. Za pomocą dźwigni pracownik podnosi płytę o masie 240 kg (patrz ryc. 149). Jaką siłę przyłoży do większego ramienia dźwigni o długości 2,4 m, jeśli mniejsze ramię ma długość 0,6 m?

Zapiszmy warunki problemu i rozwiążmy go.

Dany:

Rozwiązanie:

Zgodnie z zasadą równowagi dźwigni F1/F2 = l2/l1, skąd F1 = F2 l2/l1, gdzie F2 = P jest ciężarem kamienia. Masa kamienia asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Następnie F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Odpowiedź: F1 = 600 N.

W naszym przykładzie robotnik pokonuje siłę 2400 N, przykładając do dźwigni siłę 600 N. Jednak w tym przypadku ramię, na które działa robotnik, jest 4 razy dłuższe niż to, na które działa ciężar kamienia. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Stosując zasadę dźwigni, mniejsza siła może zrównoważyć większą siłę. W takim przypadku ramię o mniejszej sile powinno być dłuższe niż ramię o większej wytrzymałości.

Chwila mocy.

Znasz już zasadę równowagi dźwigni:

F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,

Korzystając z własności proporcji (iloczyn jej skrajnych członków jest równy iloczynowi środkowych) zapisujemy to w następującej postaci:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Po lewej stronie równania znajduje się iloczyn siły F 1 na ramieniu l 1, a po prawej - iloczyn siły F 2 na ramieniu l 2 .

Nazywa się iloczynem modułu siły obracającej ciało i jego ramię moment siły; jest oznaczony literą M. Oznacza to

Dźwignia znajduje się w równowadze pod działaniem dwóch sił, jeśli moment siły obracającej ją w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara jest równy momentowi siły obracającej ją w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Zasada ta nazywa się reguła chwil , można zapisać w postaci wzoru:

M1 = M2

Rzeczywiście, w rozważanym przez nas eksperymencie (§ 56) działające siły były równe 2 N i 4 N, ich ramiona wyniosły odpowiednio 4 i 2 naciski dźwigni, tj. momenty tych sił są takie same, gdy dźwignia jest w równowadze .

Moment siły, jak każdą wielkość fizyczną, można zmierzyć. Za jednostkę momentu siły przyjmuje się moment siły 1 N, którego ramię wynosi dokładnie 1 m.

Ta jednostka nazywa się niutonometr (Nm).

Moment siły charakteryzuje działanie siły i pokazuje, że zależy ono jednocześnie zarówno od modułu siły, jak i od jej dźwigni. Rzeczywiście wiemy już na przykład, że działanie siły na drzwi zależy zarówno od wielkości siły, jak i od miejsca przyłożenia siły. Im łatwiej jest obrócić drzwi, tym dalej od osi obrotu działa na nie siła. Lepiej odkręcić nakrętkę na długo klucz niż krótki. Im łatwiej jest podnieść wiadro ze studni, tym dłuższy jest uchwyt bramy itp.

Dźwignie w technologii, życiu codziennym i przyrodzie.

Zasada dźwigni (lub zasada momentów) leży u podstaw działania różne rodzaje narzędzia i urządzenia stosowane w technologii i życiu codziennym, gdzie wymagane są przyrosty siły lub podróże.

Pracując nożyczkami, zyskujemy siłę. Nożyczki - to jest dźwignia(rys.), którego oś obrotu odbywa się poprzez śrubę łączącą obie połówki nożyczek. Siła działająca F 1 to siła mięśni ręki osoby trzymającej nożyczki. Przeciwwaga F 2 to siła oporu materiału ciętego nożyczkami. W zależności od przeznaczenia nożyczek ich konstrukcja jest różna. Nożyczki biurowe przeznaczone do cięcia papieru mają długie ostrza i rączki o niemal tej samej długości. Cięcie papieru nie wymaga dużej siły, a długie ostrze ułatwia cięcie w linii prostej. Nożyczki do cięcia blacha(Rys.) mają rękojeści znacznie dłuższe niż ostrza, ponieważ siła oporu metalu jest duża i aby ją zrównoważyć, należy znacznie zwiększyć ramię działającej siły. Jeszcze większa jest różnica pomiędzy długością uchwytów a odległością części tnącej od osi obrotu przecinaki do drutu(ryc.), przeznaczony do cięcia drutu.

Dźwignie różne typy dostępne w wielu samochodach. Uchwyt maszyny do szycia, pedały lub hamulec ręczny roweru, pedały samochodu i traktora, a także klawisze fortepianu to przykłady dźwigni stosowanych w tych maszynach i narzędziach.

Przykładami zastosowania dźwigni są uchwyty imadła i stołów warsztatowych, dźwignia wiertarka itp.

Działanie wag dźwigniowych opiera się na zasadzie dźwigni (ryc.). Skale treningowe pokazane na rycinie 48 (s. 42) pełnią rolę: dźwignia równoramienna . W skale dziesiętne Ramię, na którym zawieszona jest miseczka z ciężarkami, jest 10 razy dłuższe od ramienia przenoszącego obciążenie. Dzięki temu ważenie dużych ładunków jest znacznie łatwiejsze. Ważąc ładunek w skali dziesiętnej, należy pomnożyć masę odważników przez 10.

Urządzenie wag do ważenia wagonów towarowych również opiera się na zasadzie dźwigni.

Dźwignie znajdują się również w różne części ciała zwierząt i ludzi. Są to np. ręce, nogi, szczęki. Wiele dźwigni można znaleźć w ciele owadów (czytając książkę o owadach i budowie ich ciał), ptakach i budowie roślin.

Zastosowanie prawa równowagi dźwigni do klocka.

Blok Jest to koło z rowkiem, mocowane w uchwycie. Przez rowek bloku przeprowadzana jest lina, kabel lub łańcuch.

Naprawiono blok Nazywa się to blokiem, którego oś jest stała i nie podnosi się ani nie opada podczas podnoszenia ładunków (ryc.).

Blok stały można uznać za dźwignię równoramienną, w której ramiona sił są równe promieniowi koła (ryc.): OA = OB = r. Taki blok nie zapewnia wzrostu siły. ( F 1 = F 2), ale pozwala na zmianę kierunku siły. Ruchomy blok - to jest blok. którego oś podnosi się i opada wraz z ładunkiem (ryc.). Rysunek przedstawia odpowiednią dźwignię: O- punkt podparcia dźwigni, OA- siła ramion R I OB- siła ramion F. Od ramienia OB 2 razy w ramię OA, potem siła F 2 razy mniejsza siła R:

F = P/2 .

Zatem, ruchomy blok daje 2-krotny wzrost wytrzymałości .

Można to udowodnić, korzystając z koncepcji momentu siły. Gdy blok jest w równowadze, momenty sił F I R sobie równi. Ale ramię siły F 2 razy większa dźwignia R, a co za tym idzie, sama moc F 2 razy mniejsza siła R.

Zwykle w praktyce stosuje się kombinację bloku stałego i ruchomego (ryc.). Blok stały służy wyłącznie dla wygody. Nie daje przyrostu siły, ale zmienia kierunek siły. Pozwala na przykład podnieść ładunek stojąc na ziemi. Jest to przydatne dla wielu osób lub pracowników. Daje jednak przyrost siły 2 razy większy niż zwykle!

Równość pracy przy zastosowaniu prostych mechanizmów. „Złota zasada” mechaniki.

Rozważane przez nas proste mechanizmy są stosowane podczas wykonywania pracy w przypadkach, gdy konieczne jest zrównoważenie innej siły poprzez działanie jednej siły.

Naturalnie pojawia się pytanie: czy dając przyrost siły lub ścieżki, czy proste mechanizmy nie dają zysku w pracy? Odpowiedź na to pytanie można uzyskać z doświadczenia.

Poprzez równoważenie dwóch sił o różnej wielkości na dźwigni F 1 i F 2 (rys.), wprawić dźwignię w ruch. Okazuje się, że w tym samym czasie w miejscu przyłożenia mniejszej siły F 2 przejścia dłuższa droga S 2 i punkt przyłożenia większej siły F 1 - krótsza ścieżka S 1. Po zmierzeniu tych dróg i modułów sił stwierdzamy, że drogi pokonywane przez punkty przyłożenia sił na dźwignię są odwrotnie proporcjonalne do sił:

S 1 / S 2 = F 2 / F 1.

Zatem działając na długie ramię dźwigni, zyskujemy na sile, ale jednocześnie tracimy po drodze o tę samą ilość.

Iloczyn siły F w drodze S jest praca. Z naszych doświadczeń wynika, że ​​praca wykonana przez siły przyłożone do dźwigni jest sobie równa:

F 1 S 1 = F 2 S 2, tj. A 1 = A 2.

Więc, Używając dźwigni, nie będziesz w stanie wygrać w pracy.

Używając dźwigni, możemy zyskać albo moc, albo dystans. Przykładając siłę do krótkiego ramienia dźwigni, zwiększamy odległość, ale tracimy o tę samą wartość siłę.

Istnieje legenda, że ​​Archimedes zachwycony odkryciem zasady dźwigni wykrzyknął: „Daj mi punkt podparcia, a obrócę Ziemię!”

Oczywiście Archimedes nie poradziłby sobie z takim zadaniem, nawet gdyby otrzymał punkt podparcia (który powinien znajdować się poza Ziemią) i dźwignię o wymaganej długości.

Aby podnieść ziemię o zaledwie 1 cm, długie ramię dźwigni musiałoby opisać łuk o ogromnej długości. Przesunięcie długiego końca dźwigni po tej drodze zajęłoby miliony lat, na przykład z prędkością 1 m/s!

Blok stacjonarny nie daje żadnego zysku w pracy, co można łatwo zweryfikować eksperymentalnie (patrz rysunek). Sposoby, punkty zadowalające przyłożenie sił F I F, są takie same, siły są takie same, co oznacza, że ​​praca jest taka sama.

Możesz zmierzyć i porównać pracę wykonaną za pomocą ruchomego klocka. Aby za pomocą ruchomego klocka podnieść ładunek na wysokość h, należy, jak pokazuje doświadczenie (ryc.), koniec liny, do której przymocowana jest hamownia, przesunąć na wysokość 2h.

Zatem, uzyskując 2-krotny wzrost siły, po drodze tracą 2-krotnie, dlatego ruchomy klocek nie daje przyrostu pracy.

Pokazała to wielowiekowa praktyka Żaden z mechanizmów nie zapewnia wzrostu wydajności. Wykorzystują różne mechanizmy, aby zwyciężyć siłą lub w podróży, w zależności od warunków pracy.

Już starożytni naukowcy znali zasadę obowiązującą wszystkie mechanizmy: nieważne ile razy wygramy siłą, tyle samo razy przegramy na dystansie. Zasadę tę nazwano „złotą zasadą” mechaniki.

Sprawność mechanizmu.

Rozważając konstrukcję i działanie dźwigni, nie wzięliśmy pod uwagę tarcia, a także ciężaru dźwigni. w tych idealne warunki praca wykonana przez przyłożoną siłę (nazwiemy ją pracą pełny), jest równe użyteczne pracować przy podnoszeniu ciężarów lub pokonywaniu oporu.

W praktyce całkowita praca wykonana za pomocą mechanizmu jest zawsze nieco większa przydatna praca.

Część pracy jest wykonywana wbrew sile tarcia w mechanizmie i poprzez jego przesuwanie poszczególne części. Zatem korzystając z ruchomego klocka należy dodatkowo wykonać pracę polegającą na podniesieniu samego klocka, liny oraz wyznaczeniu siły tarcia w osi klocka.

Jakikolwiek mechanizm przyjmiemy, pożyteczna praca wykonana za jego pomocą zawsze stanowi tylko część pracy całkowitej. Oznacza to, że oznaczając pracę użyteczną literą Ap, pracę całkowitą (wydaną) literą Az, możemy napisać:

W górę< Аз или Ап / Аз < 1.

Stosunek użytecznej pracy do praca na pełen etat zwany współczynnikiem przydatna akcja mechanizm.

Współczynnik wydajności jest skrótem oznaczany jako efektywność.

Wydajność = Ap / Az.

Wydajność jest zwykle wyrażana w procentach i oznaczona grecką literą η, czytaną jako „eta”:

η = Ap / Az · 100%.

Przykład: Na krótkim ramieniu dźwigni zawieszony jest ładunek o masie 100 kg. Aby go podnieść, na długie ramię działa siła 250 N. Ładunek podnosi się na wysokość h1 = 0,08 m, a punkt przyłożenia siły napędowej spada do wysokości h2 = 0,4 m skuteczność dźwigni.

Zapiszmy warunki problemu i rozwiążmy go.

Dany :

Rozwiązanie :

η = Ap / Az · 100%.

Praca całkowita (nakładana) Az = Fh2.

Przydatna praca 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%.

Odpowiedź : η = 80%.

Ale " złota zasada"jest przeprowadzane również w tym przypadku. Część użytecznej pracy - 20% - jest przeznaczona na pokonanie tarcia w osi dźwigni i oporu powietrza, a także na ruch samej dźwigni.

Sprawność dowolnego mechanizmu jest zawsze mniejsza niż 100%. Projektując mechanizmy, ludzie dążą do zwiększenia ich wydajności. Aby to osiągnąć, zmniejsza się tarcie w osiach mechanizmów i ich ciężar.

Energia.

W zakładach i fabrykach maszyny i maszyny napędzane są silnikami elektrycznymi, które zużywają energia elektryczna(stąd nazwa).

Ściśnięta sprężyna (rys.) po wyprostowaniu działa, podnosi ładunek na wysokość lub wprawia wózek w ruch. Stacjonarny ładunek podniesiony nad ziemię nie wykonuje pracy, ale jeśli ten ładunek spadnie, może wykonać pracę (np. może wbić pal w ziemię). Każde poruszające się ciało ma zdolność wykonania pracy. W ten sposób stalowa kula A (ryc.) stoczyła się z pochyłej płaszczyzny i uderzyła drewniany blok B, przesuwa go na pewną odległość. Jednocześnie praca jest wykonywana. Jeśli ciało lub kilka oddziałujących ze sobą ciał (układ ciał) może wykonać pracę, mówi się, że mają one energię. Energia - wielkość fizyczna pokazująca, jaką pracę może wykonać ciało (lub kilka ciał). Energię wyraża się w układzie SI w tych samych jednostkach co praca, czyli w dżule. Jak świetna robota ciało może osiągnąć, tym więcej energii posiada. Po wykonaniu pracy następuje zmiana energii ciał. Wykonana praca jest równa zmianie energii. Energia potencjalna i kinetyczna. Potencjał (od łac. moc - możliwość) energia to energia określona przez względne położenie oddziałujących ciał i części tego samego ciała. Na przykład energię potencjalną posiada ciało uniesione względem powierzchni Ziemi, ponieważ energia ta zależy od względnego położenia tego ciała i Ziemi. i ich wzajemne przyciąganie. Jeśli przyjmiemy, że energia potencjalna ciała leżącego na Ziemi wynosi zero, wówczas energia potencjalna ciała podniesionego na określoną wysokość będzie określona przez pracę wykonaną przez grawitację, gdy ciało spadnie na Ziemię. Oznaczmy energię potencjalną ciała mi n, ponieważ E = A, a praca, jak wiemy, jest zatem równa iloczynowi siły i drogi A = Fh, Gdzie F- grawitacja. Oznacza to, że energia potencjalna En jest równa: E = Fh lub E = gmh, Gdzie G- przyspieszenie swobodnego spadania, M- masa ciała, H- wysokość, na jaką podniesione jest ciało. Woda w rzekach utrzymywana przez tamy ma ogromną energię potencjalną. Spadając, woda działa, napędzając potężne turbiny elektrowni. Energia potencjalna młota koprowego (rys.) wykorzystywana jest w budownictwie do wykonywania pracy wbijania pali. Podczas otwierania drzwi za pomocą sprężyny wykonywana jest praca polegająca na rozciągnięciu (lub ściśnięciu) sprężyny. Dzięki pozyskanej energii sprężyna kurcząc się (lub prostując) działa, zamykając drzwi. Energię ściśniętych i nieskręconych sprężyn wykorzystuje się np. w zegarkach, różnych nakręcanych zabawkach itp. Każde sprężyście odkształcone ciało ma energię potencjalną. Energia potencjalna sprężonego gazu wykorzystywana jest w pracy silników cieplnych, w młotach pneumatycznych, które mają szerokie zastosowanie w górnictwie, przy budowie dróg, wydobywaniu twardych gruntów itp. Energię, jaką posiada ciało w wyniku swego ruchu, nazywamy kinetyczną (z gr. kinema - ruch) energia. Energię kinetyczną ciała oznaczamy literą mi Do. Poruszająca się woda, napędzająca turbiny elektrowni wodnych, zużywa swoją energię kinetyczną i faktycznie działa. Poruszające się powietrze, wiatr, również ma energię kinetyczną. Od czego zależy energia kinetyczna? Przejdźmy do doświadczenia (patrz rysunek). Jeśli potoczysz piłkę A z różnych wysokości, zauważysz, że większa wysokość Piłka toczy się w dół, tym większa jest jej prędkość i im dalej przesuwa klocek, czyli wykonuje większą pracę. Oznacza to, że energia kinetyczna ciała zależy od jego prędkości. Ze względu na swoją prędkość lecący pocisk ma dużą energię kinetyczną. Energia kinetyczna ciała zależy również od jego masy. Powtórzmy nasz eksperyment, ale z pochyłej płaszczyzny wytoczymy kolejną kulę o większej masie. Pasek B przesunie się dalej, czyli zostanie wykonana większa praca. Oznacza to, że energia kinetyczna drugiej piłki jest większa niż pierwszej. Im większa masa ciała i prędkość, z jaką się ono porusza, tym większa jest jego energia kinetyczna. Do wyznaczenia energii kinetycznej ciała stosuje się wzór: Ek = mv^2 /2, Gdzie M- masa ciała, w- prędkość ruchu ciała. Energia kinetyczna ciał jest wykorzystywana w technologii. Woda zatrzymana przez zaporę ma, jak już wspomniano, dużą energię potencjalną. Kiedy woda spada z tamy, porusza się i ma tę samą wysoką energię kinetyczną. Napędza turbinę połączoną z generatorem prądu elektrycznego. Dzięki energii kinetycznej wody wytwarzana jest energia elektryczna. Energia poruszającej się wody ma wielka wartość V gospodarka narodowa. Energia ta wykorzystywana jest przy pomocy potężnych elektrowni wodnych. Energia spadającej wody jest źródłem energii przyjaznym dla środowiska, w przeciwieństwie do energii paliwowej. Wszystkie ciała w przyrodzie, w stosunku do konwencjonalnej wartości zerowej, mają energię potencjalną lub kinetyczną, a czasami obie razem. Na przykład lecący samolot ma energię kinetyczną i potencjalną w stosunku do Ziemi. Zapoznaliśmy się z dwoma rodzajami energii mechanicznej. Inne rodzaje energii (elektryczna, wewnętrzna itp.) zostaną omówione w innych częściach kursu fizyki. Zamiana jednego rodzaju energii mechanicznej na inny. Zjawisko przemiany jednego rodzaju energii mechanicznej w inny jest bardzo wygodne do zaobserwowania na urządzeniu pokazanym na rysunku. Nawijając nić na oś, dysk urządzenia podnosi się. Dysk uniesiony do góry ma pewną energię potencjalną. Jeśli go puścisz, obróci się i zacznie spadać. W miarę opadania energia potencjalna dysku maleje, ale jednocześnie wzrasta jego energia kinetyczna. Pod koniec upadku dysk ma taki zapas energii kinetycznej, że może ponownie wznieść się prawie do poprzedniej wysokości. (Część energii jest zużywana na walkę z siłą tarcia, w związku z czym dysk nie osiąga swojej pierwotnej wysokości.) Po wzniesieniu dysk ponownie opada, a następnie ponownie się podnosi. W tym eksperymencie, gdy dysk porusza się w dół, jego energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną, a gdy porusza się w górę, energia kinetyczna zamienia się w energię potencjalną. Przekształcenie energii z jednego rodzaju na drugi następuje także w przypadku zderzenia dwóch ciał sprężystych, na przykład gumowej piłki o podłogę lub stalowej kuli o stalową płytkę. Jeśli podniesiono powyżej stalowa płyta stalową kulkę (ryż) i wypuść ją z rąk, spadnie. Gdy piłka spada, jej energia potencjalna maleje, a energia kinetyczna rośnie wraz ze wzrostem prędkości piłki. Kiedy piłka uderzy w płytę, zarówno piłka, jak i płyta zostaną ściśnięte. Energia kinetyczna, jaką miała kulka, zamieni się w energię potencjalną ściśniętej płyty i ściśniętej kuli. Następnie, dzięki działaniu sił sprężystych, płytka i kulka przyjmą swój pierwotny kształt. Piłka odbije się od płyty, a ich energia potencjalna ponownie zamieni się w energię kinetyczną piłki: piłka odbije się z prędkością prawie jednakową prędkość, jakie posiadał w chwili uderzenia w płytę. Gdy piłka wznosi się w górę, prędkość piłki, a tym samym jej energia kinetyczna, maleje, podczas gdy energia potencjalna wzrasta. Po odbiciu się od płyty piłka wznosi się prawie na tę samą wysokość, z której zaczęła spadać. W najwyższym punkcie wzrostu cała jego energia kinetyczna ponownie zamieni się w potencjalną. Zjawiskom naturalnym towarzyszy zwykle przemiana jednego rodzaju energii w inny. Energia może być przenoszona z jednego ciała na drugie. Na przykład podczas strzelania z łuku energia potencjalna naciągniętej cięciwy zamienia się w energię kinetyczną lecącej strzały.

Jednym z najważniejszych pojęć w mechanice jest praca siły .

Praca siły

Wszystkie ciała fizyczne w otaczającym nas świecie są wprawiane w ruch siłą. Jeżeli na poruszające się ciało w tym samym lub przeciwnym kierunku działa siła lub kilka sił pochodzących z jednego lub większej liczby ciał, wówczas mówimy, że praca jest wykonywana .

Oznacza to, że praca mechaniczna jest wykonywana przez siłę działającą na ciało. W ten sposób siła pociągowa lokomotywy elektrycznej wprawia w ruch cały pociąg, wykonując w ten sposób pracę mechaniczną. Rower napędzany jest siłą mięśni nóg rowerzysty. Zatem siła ta wykonuje również pracę mechaniczną.

W fizyce praca siły nazwać wielkość fizyczną równą iloczynowi modułu siły, modułu przemieszczenia punktu przyłożenia siły i cosinusa kąta między wektorami siły i przemieszczenia.

A = F s cos (F, s) ,

Gdzie F moduł siłowy,

S - moduł podróżniczy .

Praca jest zawsze wykonywana, jeśli kąt między wiatrem siły a przemieszczeniem nie jest równy zero. Jeśli siła działa w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu, ilość pracy jest ujemna.

Żadna praca nie zostanie wykonana, jeśli na ciało nie działają żadne siły lub jeśli kąt między przyłożoną siłą a kierunkiem ruchu wynosi 90 o (cos 90 o = 0).

Jeśli koń ciągnie wóz, wówczas działa siła mięśni konia lub siła uciągu skierowana w kierunku ruchu wozu. Jednak siła ciężkości, z jaką kierowca naciska na wózek, nie wykonuje żadnej pracy, ponieważ jest on skierowany w dół, prostopadle do kierunku ruchu.

Praca siły jest wielkością skalarną.

Jednostka pracy w układzie pomiarowym SI - dżul. 1 dżul to praca wykonana przez siłę 1 niutona w odległości 1 m, jeśli kierunki siły i przemieszczenia są zbieżne.

Jeżeli na ciało lub punkt materialny działa kilka sił, wówczas mówimy o pracy wykonanej przez ich siłę wypadkową.

Jeżeli przyłożona siła nie jest stała, wówczas jej pracę oblicza się całkowo:

Moc

Siła wprawiająca ciało w ruch wykonuje pracę mechaniczną. Ale czasami bardzo ważne jest, aby wiedzieć, jak ta praca jest wykonywana, szybko lub powoli, w praktyce. Przecież tę samą pracę można ukończyć w różnym czasie. Pracę, jaką wykonuje duży silnik elektryczny, można wykonać za pomocą: mały silnik. Ale będzie potrzebował na to znacznie więcej czasu.

W mechanice istnieje wielkość charakteryzująca prędkość pracy. Ta ilość nazywa się moc.

Moc to stosunek pracy wykonanej w określonym czasie do wartości tego okresu.

N= A /∆ T

Z definicji A = F S sałata α , A s/∆ t = w , stąd

N= F w sałata α = F w ,

Gdzie F - wytrzymałość, w prędkość, α – kąt pomiędzy kierunkiem siły i kierunkiem prędkości.

To jest moc - jest to iloczyn skalarny wektora siły i wektora prędkości ciała.

W systemie międzynarodowym Moc SI mierzona jest w watach (W).

1 wat mocy to 1 dżul (J) pracy wykonanej w ciągu 1 sekundy (s).

Moc można zwiększyć poprzez zwiększenie siły wykonującej pracę lub szybkości wykonywania tej pracy.

Wykonywane przez pewien okres czasu, do tego okresu czasu.

Efektywna moc, moc silnika dostarczana do maszyny roboczej bezpośrednio lub poprzez przekładnię napędową. Istnieją użyteczne, całkowite i nominalne E.M silnika. Energia użyteczna to moc elektryczna silnika pomniejszona o pobór mocy na uruchomienie zespołów pomocniczych lub mechanizmów niezbędnych do jego pracy, ale posiadających odrębny napęd (nie bezpośrednio z silnika). Całkowita E.m. to moc silnika bez odliczenia określonych kosztów. Znamionowa E.m, lub po prostu moc znamionowa, to E.m, gwarantowana przez producenta pewne warunki praca. W zależności od rodzaju i przeznaczenia silnika instalowane są E.M., regulowane przez normy lub specyfikacje techniczne(Na przykład, najwyższa moc statek silnik odwracalny przy określonej prędkości wału korbowego, gdy statek cofa się - tzw. moc wsteczna, moc maksymalna silnik samolotu z minimalną specyficzne spożycie paliwo – tzw. moc przelotowa itp.). E.m. zależy od przyspieszenia (intensyfikacji) procesu roboczego, wielkości i sprawności mechanicznej silnika.

Jednostki miary

Inną popularną jednostką miary mocy jest moc.

Zależności pomiędzy jednostkami napędowymi

Jednostki	W	kW	MW	kgfm/s	erg/s	l. Z.
1 wat	1	10 -3	10 -6	0,102	10 7	1,36·10 -3
1 kilowat	10 3	1	10 -3	102	10 10	1,36
1 megawat	10 6	10 3	1	102 10 3	10 13	1,36 10 3
1 kilogram-metr siły na sekundę	9,81	9,81·10 -3	9,81·10 -6	1	9,81 10 7	1,33·10 -2
1 erg na sekundę	10 -7	10 -10	10 -13	1.02·10 -8	1	1,36·10 -10
1 koń mechaniczny	735,5	735,5·10 -3	735,5·10 -6	75	7,355 10 9	1

Moc mechaniczna

Jeżeli na poruszające się ciało działa siła, to siła ta rzeczywiście działa. Moc w tym przypadku jest równa iloczynowi skalarnemu wektora siły i wektora prędkości, z jaką porusza się ciało:

M- chwila, - prędkość kątowa, - liczba pi, N- prędkość obrotowa (obr/min).

Energia elektryczna

Energia elektryczna- wielkość fizyczna charakteryzująca prędkość przesyłania lub konwersji energii elektrycznej.

S - Moc pozorna, VA

P - Moc czynna, W

P - Re moc czynna, VAR

Przyrządy do pomiaru mocy

Notatki

Zobacz także

Spinki do mankietów

• Wpływ kształtu prądu elektrycznego na jego działanie. Magazyn Radia nr 6, 1999

Fundacja Wikimedia.

2010.

Zobacz, co „Moc (fizyka)” znajduje się w innych słownikach: Encyklopedia fizyczna

Przykłady różnych zjawisk fizycznych Fizyka (od starożytnego greckiego φύσις ... Wikipedia

I. Przedmiot i struktura fizyki Fizyka jest nauką badającą najprostsze i zarazem najbardziej ogólne prawa zjawisk naturalnych, właściwości i budowę materii oraz prawa jej ruchu. Dlatego pojęcia F. i inne prawa leżą u podstaw wszystkiego... ... Wielka encyklopedia radziecka

Fizyka Wysokiej Gęstości Energii (HED Physics) to dziedzina fizyki na przecięciu fizyki materii skondensowanej i fizyki plazmy, zajmująca się badaniem układów mających wysoka gęstość energia. Pod wysokim... Wikipedią

Moc elektryczna jest wielkością fizyczną charakteryzującą prędkość przesyłu lub konwersji energii elektrycznej. Spis treści 1 Chwilowa moc elektryczna ... Wikipedia

Moc elektryczna jest wielkością fizyczną charakteryzującą prędkość przesyłu lub konwersji energii elektrycznej. Spis treści 1 Chwilowa moc elektryczna 2 Moc DC... Wikipedii

Termin ten ma inne znaczenia, patrz Intensywność. Natężenie Wymiar MT-3 jednostki SI W/m² ... Wikipedia

Watomierz (wat + gr. μετρεω zmierzony) metr, przeznaczony do określania mocy prądu elektrycznego lub sygnału elektromagnetycznego. Spis treści 1 Klasyfikacja 2 Watomierze niskiej częstotliwości i prądu stałego ... Wikipedia

Watomierz (wat + gr. μετρεω I mierzę) to urządzenie pomiarowe przeznaczone do określania mocy prądu elektrycznego lub sygnału elektromagnetycznego. Spis treści 1 Klasyfikacja 2 Watomierze niskiej częstotliwości i prądu stałego ... Wikipedia

Książki

• Fizyka. 7. klasa. Materiały dydaktyczne do podręcznika A. V. Peryszkina. Pionowy. Federalny państwowy standard edukacyjny, Maron Abram Evseevich, Maron Evgeniy Abramovich. W podręczniku tym znajdują się zadania szkoleniowe, testy samokontroli, niezależna praca, testy oraz przykłady rozwiązywania typowych problemów. Łącznie proponowany zestaw ćwiczeń dydaktycznych…

Z listu klienta:
Powiedz mi, na litość boską, dlaczego moc UPS jest podawana w woltoamperach, a nie w zwykłych kilowatach. To bardzo stresujące. W końcu wszyscy od dawna są przyzwyczajeni do kilowatów. Moc wszystkich urządzeń jest podawana głównie w kW.
Aleksiej. 21 czerwca 2007

Charakterystyka techniczna dowolnego UPS-a wskazuje moc pozorną [kVA] i moc czynną [kW] - charakteryzują one obciążalność UPS. Przykład, spójrz na zdjęcia poniżej:

Moc nie wszystkich urządzeń jest wskazana w W, na przykład:

• Moc transformatorów jest wskazana w VA:
  http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (Transformatory TP: patrz załącznik)
  http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (Transformatory TSGL: patrz załącznik)
• Moc kondensatora jest wyrażana w Varach:
  http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (kondensatory K78-39: patrz załącznik)
  http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (kondensatory brytyjskie: patrz dodatek)
• Przykłady innych obciążeń znajdują się w załącznikach poniżej.

Charakterystykę mocy obciążenia można dokładnie określić za pomocą jednego parametru (moc czynna w W) tylko w przypadku prądu stałego, ponieważ w obwodzie prądu stałego występuje tylko jeden rodzaj rezystancji - rezystancja czynna.

Charakterystyki mocy obciążenia w przypadku prądu przemiennego nie można dokładnie określić za pomocą jednego parametru, ponieważ są dwa różne typy opór – aktywny i reaktywny. Dlatego tylko dwa parametry: moc czynna i moc bierna dokładnie charakteryzują obciążenie.

Zasady działania rezystancji czynnej i reaktywnej są zupełnie inne. Aktywny opór - nieodwracalnie przekształca energię elektryczną w inne rodzaje energii (cieplną, świetlną itp.) - przykłady: lampa żarowa, grzejnik elektryczny (pkt 39, klasa fizyki 11 V.A. Kasyanov M.: Drop, 2007).

Reaktancja - na przemian gromadzi energię, a następnie oddaje ją z powrotem do sieci - przykłady: kondensator, cewka indukcyjna (pkt 40,41, Fizyka 11. klasa V.A. Kasyanov M.: Bustard, 2007).

Dalej w każdym podręczniku elektrotechniki można przeczytać, że moc czynną (rozpraszaną przez rezystancję czynną) mierzy się w watach, a moc bierną (krążącą poprzez reaktancję) mierzy się w vars; Do scharakteryzowania mocy obciążenia wykorzystywane są również dwa kolejne parametry: pełna moc i współczynnik mocy. Wszystkie te 4 parametry:

1. Moc czynna: oznaczenie P, jednostka miary: Wat
2. Moc bierna: oznaczenie Q, jednostka miary: VAR(reaktywny wolt-amper)
3. Moc pozorna: oznaczenie S, jednostka miary: VA(wolt amper)
4. Współczynnik mocy: symbol k Lub cos, jednostka miary: wielkość bezwymiarowa

Parametry te powiązane są zależnościami: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S

Również cos zwany współczynnikiem mocy ( Współczynnik mocy – PF)

Dlatego w elektrotechnice dowolne dwa z tych parametrów są określone w celu scharakteryzowania mocy, ponieważ resztę można znaleźć na podstawie tych dwóch.

Na przykład silniki elektryczne, lampy (wyładowcze) - w nich. wskazane dane P[kW] i cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (silniki AIR: patrz dodatek)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (lampy DRL: patrz załącznik)
(przykładowe dane techniczne różne obciążenia patrz załącznik poniżej)

Podobnie jest z zasilaczami. Ich moc (obciążalność) charakteryzuje się jednym parametrem dla zasilaczy prądu stałego – mocą czynną (W) i dwoma parametrami dla źródeł. Zasilanie sieciowe. Zazwyczaj te dwa parametry to moc pozorna (VA) i moc czynna (W). Zobacz na przykład parametry agregatu prądotwórczego na olej napędowy i UPS.

Większość biur i sprzęt AGD, aktywne (brak lub niewielka reaktancja), dlatego ich moc jest podawana w watach. W takim przypadku przy obliczaniu obciążenia używana jest wartość mocy UPS w watach. Jeśli obciążeniem są komputery z zasilaczami (PSU) bez korekcji wejściowego współczynnika mocy (APFC), drukarka laserowa, lodówka, klimatyzator, silnik elektryczny (np pompa głębinowa lub silnik jako część maszyny), świetlówki balastowe itp. – w obliczeniach uwzględniane są wszystkie wyjścia. Dane UPS: kVA, kW, charakterystyka przeciążeniowa itp.

Zobacz podręczniki elektrotechniki, na przykład:

1. Evdokimov F. E. Podstawy teoretyczne elektrotechnika. - M.: Ośrodek Wydawniczy „Akademia”, 2004.

2. Niemcow M.V. Elektrotechnika i elektronika. - M.: Ośrodek Wydawniczy „Akademia”, 2007.

3. Chastoedov L. A. Elektrotechnika. - M.: Szkoła Wyższa, 1989.

Zobacz także moc prądu przemiennego, współczynnik mocy, opór elektryczny, reaktancję http://en.wikipedia.org
(tłumaczenie: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Aplikacja

Przykład 1: moc transformatorów i autotransformatorów jest wyrażana w VA (woltoamperach)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (transformatory TSGL)

Autotransformatory jednofazowe
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	szer. 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 / autotransformatory laboratoryjne TDGC2)

Przykład 2: moc kondensatorów jest wyrażana w Varach (reaktywne woltoampery)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (kondensatory K78-39)

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (kondensatory brytyjskie)

Przykład 3: dane techniczne silników elektrycznych zawierają moc czynną (kW) i cosF

Dla obciążeń takich jak silniki elektryczne, lampy (wyładowcze), zasilacze komputerowe, obciążenia kombinowane itp. - dane techniczne wskazują P [kW] i cosФ (moc czynna i współczynnik mocy) lub S [kVA] i cosФ (moc pozorna i współczynnik mocy) moc).

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(łączne obciążenie - maszyna cięcie plazmowe stal / Inwerterowa przecinarka plazmowa LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (zasilacz komputera PC)

Załącznik 1

Jeśli obciążenie ma wysoki współczynnik mocy (0,8 ... 1,0), to jego właściwości zbliżają się do obciążenia rezystancyjnego. Takie obciążenie jest idealne zarówno dla linii sieciowej, jak i dla źródeł zasilania, ponieważ nie generuje w systemie prądów i mocy biernych.

Dlatego wiele krajów przyjęło normy regulujące współczynnik mocy sprzętu.

Dodatek 2

Sprzęt do pojedynczego obciążenia (na przykład zasilacz do komputera PC) i wieloelementowy sprzęt kombinowany (na przykład frezarka maszyna przemysłowa, który zawiera kilka silników, komputer PC, oświetlenie itp.) mają niskie współczynniki mocy (mniejsze niż 0,8) jednostek wewnętrznych (na przykład prostownik zasilacza komputera PC lub silnik elektryczny mają współczynnik mocy 0,6 .. 0,8). Dlatego obecnie większość urządzeń ma jednostkę wejściową korekcji współczynnika mocy. W tym przypadku współczynnik mocy wejściowej wynosi 0,9 ... 1,0, co odpowiada standardom regulacyjnym.

Załącznik 3: Ważna uwaga dotycząca współczynnika mocy UPS i stabilizatorów napięcia

Obciążalność UPS-a i agregatu prądotwórczego jest znormalizowana do standardowego obciążenia przemysłowego (współczynnik mocy 0,8 o charakterze indukcyjnym). Na przykład UPS 100 kVA / 80 kW. Oznacza to, że urządzenie może zasilać obciążenie rezystancyjne maksymalna moc 80 kW lub obciążenie mieszane (bierno-bierne) o maksymalnej mocy 100 kVA i indukcyjnym współczynniku mocy 0,8.

W przypadku stabilizatorów napięcia sytuacja jest inna. W przypadku stabilizatora współczynnik mocy obciążenia jest obojętny. Na przykład stabilizator napięcia 100 kVA. Oznacza to, że urządzenie może zasilać obciążenie czynne o maksymalnej mocy 100 kW lub dowolną inną (czysto czynną, wyłącznie bierną, mieszaną) moc 100 kVA lub 100 kVAr o dowolnym współczynniku mocy o charakterze pojemnościowym lub indukcyjnym. Należy pamiętać, że dotyczy to obciążenia liniowego (bez wyższych prądów harmonicznych). Przy dużych zniekształceniach harmonicznych prądu obciążenia (wysokie SOI) moc wyjściowa stabilizatora jest zmniejszona.

Dodatek 4

Ilustrujące przykłady czystych obciążeń aktywnych i czysto reaktywnych:

• Żarówka o mocy 100 W jest podłączona do sieci prądu przemiennego o napięciu 220 VAC - wszędzie w obwodzie występuje prąd przewodzący (przez przewodniki drutowe i żarnik wolframowy lampy). Charakterystyka obciążenia (lampy): moc S=P~=100 VA=100 W, PF=1 => cała moc elektryczna jest aktywna, co oznacza, że ​​jest całkowicie pochłaniana przez lampę i zamieniana na energię cieplną i świetlną.
• Niepolarny kondensator 7 µF jest podłączony do sieci prądu przemiennego o napięciu 220 VAC - w obwodzie drutu występuje prąd przewodzenia, a wewnątrz kondensatora płynie prąd polaryzacji (przez dielektryk). Charakterystyka obciążenia (kondensatora): moc S=Q~=100 VA=100 VAr, PF=0 => cała moc elektryczna jest bierna, co oznacza, że ​​stale krąży od źródła do obciążenia i z powrotem do obciążenia, itp.

Dodatek 5

Aby wskazać dominującą reaktancję (indukcyjną lub pojemnościową), współczynnikowi mocy przypisuje się znak:

+ (plus)– jeśli reaktancja całkowita jest indukcyjna (przykład: PF=+0,5). Faza prądu jest opóźniona w stosunku do fazy napięcia o kąt Ф.

- (minusem)– jeżeli reaktancja całkowita jest pojemnościowa (przykład: PF=-0,5). Faza prądu przesuwa fazę napięcia o kąt F.

Dodatek 6

Dodatkowe pytania

Pytanie 1:
Dlaczego wszystkie podręczniki do elektrotechniki używają liczb/wielkości urojonych podczas obliczania obwodów prądu przemiennego (na przykład moc bierna, reaktancja itp.), które w rzeczywistości nie istnieją?

Odpowiedź:
Tak, wszystkie indywidualne wielkości w otaczającym świecie są rzeczywiste. W tym temperatura, reaktancja itp. Stosowanie liczb urojonych (zespolonych) jest jedynie techniką matematyczną ułatwiającą obliczenia. Wynik obliczeń jest koniecznie liczbą rzeczywistą. Przykład: moc bierna obciążenia (kondensatora) o wartości 20 kVAr jest rzeczywistym przepływem energii, to znaczy rzeczywistymi watami krążącymi w obwodzie źródło-obciążenie. Aby jednak odróżnić te waty od watów nieodwracalnie pochłoniętych przez obciążenie, postanowiono nazwać te „krążące waty” reaktywnymi woltoamperami.

Komentarz:
Wcześniej w fizyce używano tylko pojedynczych wielkości, a przy obliczeniach wszystkie wielkości matematyczne odpowiadały rzeczywistym ilościom otaczającego świata. Na przykład odległość równa się prędkość razy czas (S=v*t). Następnie wraz z rozwojem fizyki, to znaczy w miarę badania bardziej złożonych obiektów (światło, fale, przemienny prąd elektryczny, atom, przestrzeń itp.), pojawiło się coś takiego duża liczba wielkości fizyczne, których obliczenie osobno stało się niemożliwe. Nie jest to tylko problem ręcznych obliczeń, ale także problem kompilacji programów komputerowych. Aby rozwiązać ten problem, zaczęto łączyć bliskie pojedyncze wielkości w bardziej złożone (w tym 2 lub więcej pojedynczych wielkości), podlegając znanym w matematyce prawom transformacji. Tak powstały wielkości skalarne (pojedyncze) (temperatura itp.), wektory i podwójne zespolone (impedancja itp.), wektory potrójne (wektory). pole magnetyczne itp.) oraz wielkości bardziej złożone - macierze i tensory (tensor stałej dielektrycznej, tensor Ricciego itp.). Aby uprościć obliczenia w elektrotechnice, stosuje się następujące urojone (zespolone) wielkości podwójne:

1. Całkowita rezystancja (impedancja) Z=R+iX
2. Moc pozorna S=P+iQ
3. Stała dielektryczna e=e"+ie"
4. Przenikalność magnetyczna m=m"+im"
5. itp.

Pytanie 2:

Strona http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power pokazuje S P Q Ф na płaszczyźnie zespolonej, czyli wyimaginowanej/nieistniejącej. Co to wszystko ma wspólnego z rzeczywistością?

Odpowiedź:
Trudno jest przeprowadzić obliczenia na rzeczywistych sinusoidach, dlatego dla uproszczenia obliczeń należy zastosować reprezentację wektorową (zespoloną) jak na rys. wyższy. Nie oznacza to jednak, że S P Q pokazane na rysunku nie mają związku z rzeczywistością. Rzeczywiste wartości S P Q można przedstawić w w zwykłej formie, na podstawie pomiarów sygnałów sinusoidalnych za pomocą oscyloskopu. Wartości S P Q Ф I U w obwodzie prądu przemiennego „obciążenie źródłowe” zależą od obciążenia. Poniżej znajduje się przykład rzeczywistych sygnałów sinusoidalnych S P Q i Ф dla przypadku obciążenia składającego się z rezystancji czynnej i reaktywnej (indukcyjnej) połączonych szeregowo.

Pytanie 3:
Zwykły cęgi prądowe a multimetr zmierzył prąd obciążenia 10 A, a napięcie na obciążeniu wynosi 225 V. Pomnóż i uzyskaj moc obciążenia w W: 10 A · 225 V = 2250 W.

Odpowiedź:
Otrzymałeś (obliczyłeś) całkowitą moc obciążenia 2250 VA. Zatem twoja odpowiedź będzie ważna tylko wtedy, gdy twoje obciążenie będzie czysto rezystancyjne, a następnie wolt-amper równy watowi. Dla wszystkich innych rodzajów obciążeń (na przykład silnika elektrycznego) - nie. Aby zmierzyć wszystkie cechy dowolnego dowolnego obciążenia, należy użyć analizatora sieci, na przykład APPA137:

Zobacz dalszą lekturę, na przykład:

Evdokimov F. E. Teoretyczne podstawy elektrotechniki. - M.: Ośrodek Wydawniczy „Akademia”, 2004.

Niemcow M.V. Elektrotechnika i elektronika. - M.: Ośrodek Wydawniczy „Akademia”, 2007.

Chastoedov L. A. Elektrotechnika. - M.: Szkoła Wyższa, 1989.

Moc prądu przemiennego, współczynnik mocy, opór elektryczny, reaktancja
http://en.wikipedia.org (tłumaczenie: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Teoria i obliczenia transformatorów niska moc Y.N.Starodubtsev / RadioSoft Moskwa 2005 / wersja d25d5r4feb2013