Schopnost těla konat práci se nazývá energie těla. Práce je tedy měřítkem množství energie. Energie tělesa je tím větší, čím více práce může toto těleso při svém pohybu vykonat. Energie nemizí, ale přechází z jedné formy do druhé. Například v generátoru se mechanická energie přeměňuje na elektrickou energii a v motoru se elektrická energie přeměňuje na mechanickou energii. Ne všechna energie je však užitečná; část je vynaložena na překonání vnitřního odporu zdroje a vodičů.
Práce elektrického proudu číselně se rovná součinu napětí, proudu v obvodu a době jeho průchodu. Měrnou jednotkou je Joule.
K měření práce nebo energie elektrického proudu se používá elektrický měřicí přístroj − elektroměr.
Elektrická energie se kromě joulů měří v watthodiny nebo kilowatthodiny:
1 Wh = 3 J, 600 kWh = 1 Wh.
Výkon elektrického proudu je práce vyrobená (nebo spotřebovaná) za jednotku času. Jednotkou měření je Watt.
K měření výkonu elektrického proudu se používá elektrický měřicí přístroj − wattmetr.
Více jednotek výkonu jsou kilowatty nebo megawatty:
1 kW = 1 000 W, 1 MW = 1 000 000 W.
V tabulce. 1 ukazuje výkon řady zařízení.
Výkon zařízení, kW
svítilna na baterku
Osvětlovací lampy (domácí)
Lampy ve hvězdách kremelských věží
Motor elektrické lokomotivy VL10
Motor válcovací stolice
Hydrogenerátor elektrárny Bratsk
50 000 − 1 200 000
Vztahy mezi výkonem, proudem, napětím a odporem jsou znázorněny na Obr. 1.
Rychlost, kterou se mechanická nebo jiná energie přeměňuje na elektrickou energii ve zdroji, se nazývá zdroj energie:
kde Wи je elektrická energie zdroje.
Rychlost, kterou se elektrická energie přeměňuje v přijímači na jiné formy energie, zejména na tepelnou energii, se nazývá výkon přijímače:
Výkon, který určuje nedobrovolnou spotřebu energie, například pro tepelné ztráty ve zdroji nebo ve vodičích, se nazývá výkon ztrát:
Podle zákona zachování energie se výkon zdroje rovná součtu výkonů spotřebitelů a ztrát:
Tento výraz je rovnováhu sil.
Účinnost přenosu energie ze zdroje do přijímače charakterizuje faktor účinnosti (COP) zdroje:
kde Р1 nebo Рist je výkon dodávaný zdrojem energie do vnějšího obvodu;
Р2 – energie přijatá zvenčí nebo spotřebovaná energie;
∆P nebo Р (Рext) je výkon vynaložený na překonání ztrát ve zdroji energie nebo přijímači.
Elektrický proud je řízený pohyb elektricky nabitých částic. Při srážce pohybujících se částic s molekulami a ionty látky se kinetická energie pohybujících se částic přenáší na ionty a molekuly, v důsledku čehož dochází k zahřívání vodiče. Elektrická energie se tak přeměňuje na tepelnou energii.
V roce 1844 ruský akademik E.Kh. Lenz a angličtí vědci Joule současně a nezávisle na sobě byl objeven zákon popisující tepelný účinek proudu.
Joule-Lenzův zákon: při průchodu elektrického proudu vodičem je množství tepla uvolněného vodičem přímo úměrné druhé mocnině síly proudu, odporu vodiče a době, po kterou elektrický proud protéká vodičem:
kde Qje množství tepla, J, I – síla proudu, A; R – odpor vodiče, Ohm; t – doba, po kterou vodičem protékal elektrický proud, s.
Joule-Lenzův zákon se používá při výpočtu tepelných podmínek zdrojů energie, elektrických vedení, spotřebičů a dalších prvků elektrického obvodu. Přeměna elektřiny na teplo má velký praktický význam. Tepelný efekt se přitom v mnoha případech ukazuje jako škodlivý (obr. 2).
Výkon je fyzický indikátor. Definuje práci vykonanou v průběhu času a pomáhá měřit změnu energie. Díky jednotce měření aktuálního výkonu lze snadno určit vysokorychlostní energetický tok energie v libovolném prostorovém intervalu.
Výpočet a typy
Vzhledem k přímé závislosti výkonu na napětí v síti a proudové zátěži vyplývá, že tato hodnota se může objevit jak z interakce velkého proudu s nízkým napětím, tak v důsledku výskytu významného napětí s malý proud. Tento princip je použitelný pro transformaci v transformátorech a pro přenos elektřiny na velké vzdálenosti.
Existuje vzorec pro výpočet tohoto ukazatele. Má tvar P = A / t = I * U, kde:
- P je ukazatel aktuálního výkonu, měřený ve wattech;
- A – aktuální práce na úseku řetězu, vypočtená v joulech;
- t působí jako časový interval, během kterého byla provedena aktuální práce, je určen v sekundách;
- U je napětí části obvodu, vypočtené ve voltech;
- I – proudová síla, počítáno v ampérech.
Elektrická energie může mít aktivní a reaktivní indikátory. V prvním případě se výkonová síla přemění na jinou energii. Měří se ve wattech, protože přispívá k přeměně voltů a ampérů.
Indikátor jalového výkonu přispívá k výskytu samoindukčního jevu. Taková transformace částečně vrací energetické toky zpět do sítě, díky čemuž dochází k posunu aktuálních hodnot a napětí s negativním dopadem na elektrickou síť.
Definice aktivního a reaktivního indikátoru
Síla činného výkonu se vypočítá stanovením celkové hodnoty jednofázového obvodu v sinusovém proudu za požadované časové období. Výpočtový vzorec je prezentován jako výraz P = U * I * cos φ, kde:
- U a I fungují jako efektivní hodnota proudu a napětí;
- cos φ je úhel fázového posunu mezi těmito dvěma veličinami.
Díky silové aktivitě se elektřina přeměňuje na jiné druhy energie: tepelnou a elektromagnetickou energii. Jakákoli elektrická síť s proudem sinusového nebo nesinusového směru určuje aktivitu části obvodu součtem výkonů každé jednotlivé mezery obvodu. Elektrický výkon části třífázového obvodu je určen součtem výkonu každé fáze.
Obdobným ukazatelem síly činného výkonu je hodnota vysílacího výkonu, která se vypočítává z rozdílu mezi jeho poklesem a odrazem.
Reaktivní index se měří ve voltampérech. Je to hodnota používaná k určení elektrického zatížení generovaného elektromagnetickými poli uvnitř střídavého obvodu. Jednotka výkonu elektrického proudu se vypočítá vynásobením efektivní hodnoty napětí v síti U střídavým proudem I a úhlem fázového sinusu mezi těmito hodnotami. Výpočtový vzorec je následující: Q = U * I * sin.
Je-li proudové zatížení menší než napětí, je fázový posun kladný, je-li naopak záporný.
Hodnota měření
Základní elektrickou jednotkou je výkon. Aby bylo možné určit, v čem se měří výkon elektrického proudu, je nutné prostudovat hlavní charakteristiky této veličiny. Podle fyzikálních zákonů se měří ve wattech. Ve výrobních podmínkách a v každodenním životě se hodnota převádí na kilowatty. Výpočty na velkých výkonových škálách vyžadují přepočet na megawatty. Tento přístup se praktikuje v elektrárnách k výrobě elektrické energie. Práce se měří v joulech. Hodnota je určena následujícími vztahy:
Výkon spotřebiče je uveden na samotném spotřebiči nebo v jeho pasu. Definováním tohoto parametru můžete získat hodnoty indikátorů, jako je napětí a elektrický proud. Použité indikátory ukazují, v čem je měřen elektrický výkon, mohou fungovat jako wattmetry a varmetry. Jalový výkon indikátoru výkonu je určen fázovým měřičem, voltmetrem a ampérmetrem. Státním standardem toho, v čem se měří aktuální výkon, je frekvenční rozsah od 40 do 2500 Hz.
Příklady výpočtů
Pro výpočet proudu konvice s elektrickým výkonem 2 kW se používá vzorec I u2d P / U u1000d (220 * 9) / 6 uXNUMXd XNUMX A. Pro napájení zařízení do sítě se délka konektoru XNUMX A. Výše uvedený příklad je použitelný pouze při fázovém a proudovém napětí. Podle tohoto vzorce se vypočítá ukazatel všech domácích spotřebičů.
Pokud je obvod indukční nebo má velkou kapacitu, je nutné vypočítat výkonovou jednotku proudu pomocí jiných přístupů. Například výkon ve střídavém motoru se určuje pomocí vzorce P uXNUMXd I * U * cos.
Při připojení zařízení do třífázové sítě, kde bude napětí 380 V, se pro určení indikátoru sečtou výkony každé fáze zvlášť.
Jako příklad uvažujme třífázový kotel o výkonu 3 kW, z nichž každý spotřebuje 1 kW. Fázový proud se vypočítá podle vzorce I u1d P / U * cos φ u1000d (220 * 4,5) / XNUMX uXNUMXd XNUMX A.
Na každém zařízení je indikován indikátor elektrické energie. Přenos velkého objemu výkonu, používaného ve výrobě, se provádí po vedeních s vysokým napětím. Energie se přeměňuje v rozvodnách na elektřinu a dodává se pro použití v elektrické síti.
Díky jednoduchým výpočtům je určena hodnota výkonu. Znáte-li jeho hodnotu, můžete provést správný výběr napětí pro plný provoz domácích a průmyslových spotřebičů. Tento přístup pomůže zabránit vyhoření elektrických spotřebičů a ochrání rozvodnou síť před přepětím.
