Fórmula de poder actual. Potencia real y nominal. Eficiencia de un dispositivo eléctrico. Energía eléctrica: fórmula, unidades de medida.
Al diseñar cualquier circuito eléctrico, se realizan cálculos de potencia. En base a esto, se seleccionan los elementos principales y se calcula la carga permitida. Si el cálculo para un circuito de corriente continua no es difícil (de acuerdo con la ley de Ohm, es necesario multiplicar la corriente por el voltaje - P = U * I), entonces calcular la potencia de corriente alterna no es tan simple. . Para explicarlo será necesario recurrir a los conceptos básicos de la ingeniería eléctrica, sin entrar en detalles, aquí tienes un breve resumen de los puntos principales.
La potencia total y sus componentes.
En los circuitos de CA, los cálculos de potencia se realizan teniendo en cuenta las leyes de los cambios sinusoidales de tensión y corriente. En este sentido, se introdujo el concepto de potencia total (S), que incluye dos componentes: reactiva (Q) y activa (P). Se puede hacer una descripción gráfica de estas cantidades a través de un triángulo de potencia (ver Fig. 1).
El componente activo (P) se refiere a la potencia de la carga útil (la conversión irreversible de electricidad en calor, luz, etc.). Este valor se mide en vatios (W), a nivel doméstico se acostumbra calcular en kilovatios (kW), en el sector industrial, megavatios (mW).
El componente reactivo (Q) describe la carga eléctrica capacitiva e inductiva en el circuito de corriente alterna, la unidad de medida de esta cantidad es Var.
Arroz. 1. Triángulo de potencias (A) y voltajes (V)De acuerdo con la representación gráfica, las relaciones en el triángulo de potencia se pueden describir utilizando identidades trigonométricas elementales, lo que permite utilizar siguientes fórmulas:
- S = √P 2 +Q 2, – para potencia máxima;
- y Q = U*I*cos φ, y P = U*I*sin φ – para los componentes reactivo y activo.
Estos cálculos son aplicables para una red monofásica (por ejemplo, una doméstica de 220 V) para calcular la potencia de una red trifásica (380 V), es necesario agregar un multiplicador a las fórmulas - √3 (con un simétrico); carga) o sumar las potencias de todas las fases (si la carga es asimétrica).
Para comprender mejor el proceso de influencia de los componentes de la potencia total, consideremos la manifestación “pura” de la carga en forma activa, inductiva y capacitiva.
Carga activa
Tomemos un circuito hipotético que utiliza una resistencia activa "pura" y una fuente de voltaje CA adecuada. En la Figura 2 se muestra una descripción gráfica del funcionamiento de dicho circuito, que muestra los parámetros principales para un cierto rango de tiempo (t).
Figura 2. Potencia de una carga activa ideal Podemos ver que el voltaje y la corriente están sincronizados tanto en fase como en frecuencia, mientras que la potencia tiene el doble de frecuencia. Tenga en cuenta que la dirección de esta cantidad es positiva y aumenta constantemente.
Carga capacitiva
Como se puede ver en la Figura 3, la gráfica de las características de una carga capacitiva es ligeramente diferente a la activa.
Figura 3. Gráfico de carga capacitiva ideal La frecuencia de las oscilaciones de potencia capacitivas es el doble de la frecuencia del cambio de voltaje sinusoidal. En cuanto al valor total de este parámetro, durante un período armónico es igual a cero. Al mismo tiempo, tampoco se observa ningún aumento de energía (∆W). Este resultado indica que su movimiento se produce en ambos sentidos de la cadena. Es decir, cuando aumenta el voltaje, la carga se acumula en la capacitancia. Cuando ocurre un semiciclo negativo, la carga acumulada se descarga en el circuito del circuito.
Durante el proceso de acumulación de energía en la capacitancia de carga y posterior descarga, no se realiza ningún trabajo útil.
carga inductiva
El siguiente gráfico demuestra la naturaleza de una carga inductiva "pura". Como podemos ver, sólo ha cambiado la dirección de la potencia; en cuanto al aumento, es igual a cero.
Efectos negativos de la carga reactiva.
En los ejemplos anteriores, se consideraron opciones donde había una carga reactiva "pura". No se tuvo en cuenta el factor de influencia de la resistencia activa. En tales condiciones, el efecto reactivo es cero, lo que significa que puede ignorarse. Como comprenderá, en condiciones reales esto es imposible. Incluso si hipotéticamente existiera tal carga, no se puede descartar la resistencia de los conductores de cobre o aluminio del cable necesarios para conectarlo a la fuente de alimentación.
El componente reactivo puede manifestarse en forma de calentamiento de los componentes activos del circuito, por ejemplo, el motor, el transformador, los cables de conexión, el cable de alimentación, etc. Se gasta una cierta cantidad de energía en esto, lo que conduce a una disminución de las características básicas.
La potencia reactiva afecta a un circuito de la siguiente manera:
- no produce ningún trabajo útil;
- provoca pérdidas graves y cargas anormales en los aparatos eléctricos;
- puede causar un accidente grave.
Es por ello que, al realizar los cálculos adecuados para un circuito eléctrico, no se puede excluir la influencia de cargas inductivas y capacitivas y, si es necesario, prever el uso de sistemas técnicos para compensarla.
Cálculo del consumo de energía.
En la vida cotidiana, a menudo hay que calcular el consumo de energía, por ejemplo, comprobar la carga permitida en el cableado antes de conectar un consumidor eléctrico que consume muchos recursos (aire acondicionado, caldera, estufa eléctrica, etc.). Además, dicho cálculo es necesario al elegir disyuntores para el tablero de distribución a través del cual el apartamento está conectado a la fuente de alimentación.
En tales casos, no es necesario calcular la potencia en términos de corriente y voltaje; basta con sumar el consumo de energía de todos los dispositivos que se pueden encender al mismo tiempo. Sin involucrarte en cálculos, puedes conocer este valor para cada dispositivo de tres maneras:
A la hora de realizar cálculos hay que tener en cuenta que la potencia de arranque de algunos aparatos eléctricos puede diferir significativamente de la nominal. Para los electrodomésticos, este parámetro casi nunca se indica en la documentación técnica, por lo que es necesario consultar la tabla correspondiente, que contiene los valores medios de los parámetros de potencia de arranque para varios dispositivos (es recomendable elegir el valor máximo) .
¡Buenas tardes, queridos radioaficionados!
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Las fórmulas forman el esqueleto de la ciencia de la electrónica. En lugar de tirar un montón de elementos de radio sobre la mesa y luego volver a conectarlos, tratando de descubrir qué nacerá como resultado, especialistas experimentados construyen inmediatamente nuevos circuitos basados en leyes matemáticas y físicas conocidas. Son las fórmulas las que ayudan a determinar los valores específicos de las clasificaciones de los componentes electrónicos y los parámetros operativos de los circuitos.
Es igualmente eficaz utilizar fórmulas para modernizar los circuitos ya preparados. Por ejemplo, para seleccionar la resistencia correcta en un circuito con una bombilla, puede aplicar la ley básica de Ohm para corriente continua (puede leer sobre esto en la sección "Relaciones de la ley de Ohm" inmediatamente después de nuestra introducción lírica). De este modo se puede hacer que la bombilla brille más o, por el contrario, atenuarse.
Este capítulo presentará muchas fórmulas físicas básicas que tarde o temprano encontrarás mientras trabajas en electrónica. Algunos de ellos se conocen desde hace siglos, pero seguimos utilizándolos con éxito, al igual que nuestros nietos.
relaciones de la ley de ohm
La Ley de Ohm es la relación entre voltaje, corriente, resistencia y potencia. Todas las fórmulas derivadas para calcular cada uno de estos valores se presentan en la tabla:
Esta tabla utiliza las siguientes designaciones generalmente aceptadas para cantidades físicas:
Ud.- voltaje (V),
I- corriente (A),
R- potencia (W),
R- resistencia (Ohmios),
Practiquemos usando el siguiente ejemplo: digamos que necesitamos encontrar la potencia del circuito. Se sabe que el voltaje en sus terminales es de 100 V y la corriente es de 10 A. Entonces la potencia según la ley de Ohm será igual a 100 x 10 = 1000 W. El valor obtenido se puede utilizar para calcular, por ejemplo, la clasificación del fusible que se debe ingresar en el dispositivo o, por ejemplo, para estimar la factura de electricidad que un electricista de la oficina de vivienda le entregará personalmente a fin de mes. .
Aquí hay otro ejemplo: digamos que necesitamos averiguar el valor de la resistencia en un circuito con una bombilla, si sabemos qué corriente queremos pasar a través de este circuito. Según la ley de Ohm, la corriente es igual a:
Yo=U/R
En la figura se muestra un circuito que consta de una bombilla, una resistencia y una fuente de alimentación (batería). Usando la fórmula anterior, incluso un escolar puede calcular la resistencia requerida.
¿Qué es qué en esta fórmula? Echemos un vistazo más de cerca a las variables.
> U pozo(a veces también escrito como V o E): tensión de alimentación. Debido al hecho de que cuando la corriente pasa a través de una bombilla, algo de voltaje cae a través de ella, la magnitud de esta caída (generalmente el voltaje de funcionamiento de la bombilla, en nuestro caso 3,5 V) debe restarse del voltaje de la fuente de alimentación. . Por ejemplo, si Up = 12 V, entonces U = 8,5 V, siempre que caigan 3,5 V a través de la bombilla.
> I: La corriente (medida en amperios) que se planea que fluya a través de la bombilla. En nuestro caso - 50 mA. Dado que la corriente en la fórmula se indica en amperios, 50 miliamperios es sólo una pequeña parte: 0,050 A.
> R: la resistencia deseada de la resistencia limitadora de corriente, en ohmios.
A continuación, puedes poner números reales en la fórmula para calcular la resistencia en lugar de U, I y R:
R = U/I = 8,5 V / 0,050 A = 170 ohmios
Cálculos de resistencia
Calcular la resistencia de una resistencia en un circuito simple es bastante sencillo. Sin embargo, a medida que se le agregan otras resistencias, ya sea en paralelo o en serie, la resistencia general del circuito también cambia. La resistencia total de varias resistencias conectadas en serie es igual a la suma de las resistencias individuales de cada una de ellas. Para una conexión paralela, todo es un poco más complicado.
¿Por qué es necesario prestar atención a la forma en que se conectan los componentes entre sí? Hay varias razones para esto.
> Las resistencias de resistencia son solo un cierto rango fijo de valores. En algunos circuitos, el valor de la resistencia debe calcularse con precisión, pero como es posible que no exista una resistencia de exactamente este valor, se deben conectar varios elementos en serie o en paralelo.
> Las resistencias no son los únicos componentes que tienen resistencia. Por ejemplo, las vueltas del devanado de un motor eléctrico también tienen cierta resistencia a la corriente. En muchos problemas prácticos, es necesario calcular la resistencia total de todo el circuito.
Cálculo de la resistencia de resistencias en serie.
La fórmula para calcular la resistencia total de resistencias conectadas en serie es indecentemente simple. Sólo necesitas sumar todas las resistencias:
Rtotal = Rl + R2 + R3 +… (tantas veces como elementos haya)
En este caso, los valores Rl, R2, R3, etc. son las resistencias de resistencias individuales u otros componentes del circuito, y Rtotal es el valor resultante.
Entonces, por ejemplo, si hay un circuito de dos resistencias conectadas en serie con valores de 1,2 y 2,2 kOhm, entonces la resistencia total de esta sección del circuito será igual a 3,4 kOhm.
Cálculo de la resistencia de resistencias en paralelo.
Las cosas se complican un poco más si necesitas calcular la resistencia de un circuito que consta de resistencias en paralelo. La fórmula toma la forma:
R total = R1 * R2 / (R1 + R2)
donde R1 y R2 son las resistencias de resistencias individuales u otros elementos del circuito, y Rtotal es el valor resultante. Entonces, si tomamos las mismas resistencias con valores de 1,2 y 2,2 kOhm, pero conectadas en paralelo, obtenemos
776,47 = 2640000 / 3400
Para calcular la resistencia resultante de un circuito eléctrico de tres o más resistencias, utilice la siguiente fórmula:
Cálculos de capacidad
Las fórmulas dadas anteriormente también son válidas para calcular capacidades, sólo que exactamente al revés. Al igual que las resistencias, se pueden ampliar para cubrir cualquier número de componentes de un circuito.
Cálculo de la capacitancia de condensadores en paralelo.
Si necesita calcular la capacitancia de un circuito que consta de capacitores en paralelo, simplemente necesita sumar sus valores:
Común = CI + C2 + SZ + ...
En esta fórmula, CI, C2 y SZ son las capacitancias de los condensadores individuales y Ctot es un valor sumatorio.
Cálculo de la capacitancia de condensadores en serie.
Para calcular la capacitancia total de un par de capacitores conectados en serie se utiliza la siguiente fórmula:
Común = C1 * C2 / (C1 + C2)
donde C1 y C2 son los valores de capacitancia de cada capacitor y Ctot es la capacitancia total del circuito
Cálculo de la capacitancia de tres o más condensadores conectados en serie.
¿Hay condensadores en el circuito? ¿Muchos? No pasa nada: incluso si todos están conectados en serie, siempre puedes encontrar la capacitancia resultante de este circuito:
Entonces, ¿por qué conectar varios condensadores en serie a la vez cuando uno podría ser suficiente? Una de las explicaciones lógicas de este hecho es la necesidad de obtener un valor específico para la capacitancia del circuito, que no tiene análogo en la serie estándar de clasificaciones. A veces hay que recorrer un camino más espinoso, especialmente en circuitos sensibles como los receptores de radio.
Cálculo de ecuaciones de energía.
La unidad de medida de energía más utilizada en la práctica es el kilovatio-hora o, en el caso de la electrónica, el vatio-hora. Puedes calcular la energía consumida por el circuito conociendo el tiempo durante el cual el dispositivo está encendido. La fórmula para el cálculo es:
vatios hora = P x T
En esta fórmula, la letra P indica el consumo de energía, expresado en vatios, y T es el tiempo de funcionamiento en horas. En física, se acostumbra expresar la cantidad de energía gastada en vatios-segundo o julios. Para calcular la energía en estas unidades, los vatios-hora se dividen entre 3600.
Cálculo de capacitancia constante de un circuito RC.
Los circuitos electrónicos suelen utilizar circuitos RC para proporcionar retrasos de tiempo o alargar las señales de pulso. Los circuitos más simples constan sólo de una resistencia y un condensador (de ahí el origen del término circuito RC).
El principio de funcionamiento de un circuito RC es que un condensador cargado se descarga a través de una resistencia no instantáneamente, sino durante un cierto período de tiempo. Cuanto mayor sea la resistencia de la resistencia y/o condensador, más tardará la capacitancia en descargarse. Los diseñadores de circuitos suelen utilizar circuitos RC para crear temporizadores y osciladores simples o alterar formas de onda.
¿Cómo se puede calcular la constante de tiempo de un circuito RC? Dado que este circuito consta de una resistencia y un condensador, los valores de resistencia y capacitancia se utilizan en la ecuación. Los condensadores típicos tienen una capacitancia del orden de microfaradios o incluso menos, y las unidades del sistema son faradios, por lo que la fórmula opera en números fraccionarios.
T=CR
En esta ecuación, T representa el tiempo en segundos, R representa la resistencia en ohmios y C representa la capacitancia en faradios.
Por ejemplo, tengamos una resistencia de 2000 ohmios conectada a un condensador de 0,1 µF. La constante de tiempo de esta cadena será igual a 0,002 s o 2 ms.
Para que al principio le resulte más fácil convertir unidades ultrapequeñas de capacitancia a faradios, hemos elaborado una tabla:
Cálculos de frecuencia y longitud de onda.
La frecuencia de una señal es una cantidad inversamente proporcional a su longitud de onda, como se verá en las fórmulas siguientes. Estas fórmulas son especialmente útiles cuando se trabaja con radioelectrónica, por ejemplo, para estimar la longitud de un trozo de cable que se planea utilizar como antena. En todas las fórmulas siguientes, la longitud de onda se expresa en metros y la frecuencia en kilohercios.
Cálculo de la frecuencia de la señal.
Suponga que desea estudiar electrónica para construir su propio transceptor y charlar con entusiastas similares de otra parte del mundo en una red de radioaficionados. Las frecuencias de las ondas de radio y su longitud están una al lado de la otra en las fórmulas. En las redes de radioaficionados a menudo se pueden escuchar declaraciones de que el operador trabaja en tal o cual longitud de onda. A continuación se explica cómo calcular la frecuencia de una señal de radio dada la longitud de onda:
Frecuencia = 300000 / longitud de onda
La longitud de onda en esta fórmula se expresa en milímetros y no en pies, arshines o loros. La frecuencia está dada en megahercios.
Cálculo de la longitud de onda de la señal.
Se puede utilizar la misma fórmula para calcular la longitud de onda de una señal de radio si se conoce su frecuencia:
Longitud de onda = 300000 / Frecuencia
El resultado se expresará en milímetros y la frecuencia de la señal se indicará en megahercios.
Pongamos un ejemplo de cálculo. Dejemos que un radioaficionado se comunique con su amigo en una frecuencia de 50 MHz (50 millones de ciclos por segundo). Sustituyendo estos números en la fórmula anterior, obtenemos:
6000 milímetros = 300000/ 50MHz
Sin embargo, más a menudo utilizan unidades de longitud del sistema: metros, por lo que para completar el cálculo solo necesitamos convertir la longitud de onda a un valor más comprensible. Como en 1 metro hay 1000 milímetros, el resultado es 6 m. Resulta que el radioaficionado sintonizó su estación de radio a una longitud de onda de 6 metros. ¡Fresco!
Al diseñar cualquier circuito eléctrico, se realizan cálculos de potencia. En base a esto, se seleccionan los elementos principales y se calcula la carga permitida. Si el cálculo para un circuito de corriente continua no es difícil (de acuerdo con la ley de Ohm, es necesario multiplicar la corriente por el voltaje - P = U * I), entonces calcular la potencia de corriente alterna no es tan simple. . Para explicarlo será necesario recurrir a los conceptos básicos de la ingeniería eléctrica, sin entrar en detalles, aquí tienes un breve resumen de los puntos principales.
La potencia total y sus componentes.
En los circuitos de CA, los cálculos de potencia se realizan teniendo en cuenta las leyes de los cambios sinusoidales de tensión y corriente. En este sentido, se introdujo el concepto de potencia total (S), que incluye dos componentes: reactiva (Q) y activa (P). Se puede hacer una descripción gráfica de estas cantidades a través de un triángulo de potencia (ver Fig. 1).
El componente activo (P) se refiere a la potencia de la carga útil (la conversión irreversible de electricidad en calor, luz, etc.). Este valor se mide en vatios (W), a nivel doméstico se acostumbra calcular en kilovatios (kW), en el sector industrial, megavatios (mW).
El componente reactivo (Q) describe la carga eléctrica capacitiva e inductiva en el circuito de corriente alterna, la unidad de medida de esta cantidad es Var.
Arroz. 1. Triángulo de potencias (A) y voltajes (V)De acuerdo con la representación gráfica, las relaciones en el triángulo de potencia se pueden describir utilizando identidades trigonométricas elementales, lo que permite utilizar siguientes fórmulas:
- S = √P 2 +Q 2, – para potencia máxima;
- y Q = U*I*cos φ, y P = U*I*sin φ – para los componentes reactivo y activo.
Estos cálculos son aplicables para una red monofásica (por ejemplo, una doméstica de 220 V) para calcular la potencia de una red trifásica (380 V), es necesario agregar un multiplicador a las fórmulas - √3 (con un simétrico); carga) o sumar las potencias de todas las fases (si la carga es asimétrica).
Para comprender mejor el proceso de influencia de los componentes de la potencia total, consideremos la manifestación “pura” de la carga en forma activa, inductiva y capacitiva.
Carga activa
Tomemos un circuito hipotético que utiliza una resistencia activa "pura" y una fuente de voltaje CA adecuada. En la Figura 2 se muestra una descripción gráfica del funcionamiento de dicho circuito, que muestra los parámetros principales para un cierto rango de tiempo (t).
Figura 2. Potencia de una carga activa ideal Podemos ver que el voltaje y la corriente están sincronizados tanto en fase como en frecuencia, mientras que la potencia tiene el doble de frecuencia. Tenga en cuenta que la dirección de esta cantidad es positiva y aumenta constantemente.
Carga capacitiva
Como se puede ver en la Figura 3, la gráfica de las características de una carga capacitiva es ligeramente diferente a la activa.
Figura 3. Gráfico de carga capacitiva ideal La frecuencia de las oscilaciones de potencia capacitivas es el doble de la frecuencia del cambio de voltaje sinusoidal. En cuanto al valor total de este parámetro, durante un período armónico es igual a cero. Al mismo tiempo, tampoco se observa ningún aumento de energía (∆W). Este resultado indica que su movimiento se produce en ambos sentidos de la cadena. Es decir, cuando aumenta el voltaje, la carga se acumula en la capacitancia. Cuando ocurre un semiciclo negativo, la carga acumulada se descarga en el circuito del circuito.
Durante el proceso de acumulación de energía en la capacitancia de carga y posterior descarga, no se realiza ningún trabajo útil.
carga inductiva
El siguiente gráfico demuestra la naturaleza de una carga inductiva "pura". Como podemos ver, sólo ha cambiado la dirección de la potencia; en cuanto al aumento, es igual a cero.
Efectos negativos de la carga reactiva.
En los ejemplos anteriores, se consideraron opciones donde había una carga reactiva "pura". No se tuvo en cuenta el factor de influencia de la resistencia activa. En tales condiciones, el efecto reactivo es cero, lo que significa que puede ignorarse. Como comprenderá, en condiciones reales esto es imposible. Incluso si hipotéticamente existiera tal carga, no se puede descartar la resistencia de los conductores de cobre o aluminio del cable necesarios para conectarlo a la fuente de alimentación.
El componente reactivo puede manifestarse en forma de calentamiento de los componentes activos del circuito, por ejemplo, el motor, el transformador, los cables de conexión, el cable de alimentación, etc. Se gasta una cierta cantidad de energía en esto, lo que conduce a una disminución de las características básicas.
La potencia reactiva afecta a un circuito de la siguiente manera:
- no produce ningún trabajo útil;
- provoca pérdidas graves y cargas anormales en los aparatos eléctricos;
- puede causar un accidente grave.
Es por ello que, al realizar los cálculos adecuados para un circuito eléctrico, no se puede excluir la influencia de cargas inductivas y capacitivas y, si es necesario, prever el uso de sistemas técnicos para compensarla.
Cálculo del consumo de energía.
En la vida cotidiana, a menudo hay que calcular el consumo de energía, por ejemplo, comprobar la carga permitida en el cableado antes de conectar un consumidor eléctrico que consume muchos recursos (aire acondicionado, caldera, estufa eléctrica, etc.). Además, dicho cálculo es necesario al elegir disyuntores para el tablero de distribución a través del cual el apartamento está conectado a la fuente de alimentación.
En tales casos, no es necesario calcular la potencia en términos de corriente y voltaje; basta con sumar el consumo de energía de todos los dispositivos que se pueden encender al mismo tiempo. Sin involucrarte en cálculos, puedes conocer este valor para cada dispositivo de tres maneras:
A la hora de realizar cálculos hay que tener en cuenta que la potencia de arranque de algunos aparatos eléctricos puede diferir significativamente de la nominal. Para los electrodomésticos, este parámetro casi nunca se indica en la documentación técnica, por lo que es necesario consultar la tabla correspondiente, que contiene los valores medios de los parámetros de potencia de arranque para varios dispositivos (es recomendable elegir el valor máximo) .
Fuerza. Vatio.
El voltaje se mide con un voltímetro (V) y la corriente a través de la carga (R) con un amperímetro (A).
Está claro que se puede obtener la misma potencia con diferentes valores del voltaje de la fuente de corriente. Con una tensión de fuente de 1 voltio, para obtener una potencia de 1 vatio, es necesario hacer pasar una corriente de 1 amperio a través de la carga (1V x 1A = 1W). Si la fuente produce un voltaje de 10 voltios, se logra una potencia de 1 vatio con una corriente de 0,1 amperios (10V x 0,1A = 1W).
La potencia en física es la velocidad a la que se realiza algún trabajo.
Cuanto más rápido se realiza el trabajo, mayor es el poder del ejecutante.
Un coche potente acelera más rápido. Una persona poderosa (fuerte) puede arrastrar más rápido una bolsa de patatas hasta el noveno piso.
1 vatio es una potencia que permite realizar 1 J de trabajo en un segundo (lo que es un julio se describió anteriormente).
Si eres capaz de acelerar un cuerpo de dos kilogramos a una velocidad de 1 m/s en un segundo, entonces estás desarrollando una potencia de 1 W.
Si levantas una carga de un kilogramo a una altura de 0,1 metros por segundo, tu potencia es de 1 W porque la carga adquiere una energía potencial de 1 J por segundo.
Si dejas caer un plato desde la misma altura sobre un suelo de cemento y el segundo sobre una manta, el primero probablemente se romperá, pero el segundo sobrevivirá. ¿Cuál es la diferencia? Las condiciones iniciales y finales son las mismas. Las placas caen desde la misma altura y por tanto tienen la misma energía. Ambas placas se detienen al nivel del suelo: todo parece idéntico. La única diferencia es El caso es que la energía que la placa acumuló durante el vuelo se libera instantáneamente (muy rápidamente) en el primer caso, y cuando la placa cae sobre una manta o alfombra, el proceso de frenado se prolonga en el tiempo.
Supongamos que la placa que cae tiene una energía cinética de 1 J. El proceso de colisión con un suelo de hormigón dura, digamos, 0,001 segundos. ¡Resulta que la potencia liberada durante el impacto es 1/0,001=1000 W!
Si la placa frena suavemente durante 0,1 segundos, la potencia será 1/0,1=10 W. Ya existe la posibilidad de sobrevivir, si hay un organismo vivo en el lugar del plato.
Por eso en los coches hay zonas de deformación y airbags, para que extender el proceso de liberación de energía en el tiempo en caso de accidente, es decir, reducir la potencia en caso de impacto. Y la liberación de energía, por cierto, es trabajo. En este caso, el trabajo consiste en romper tus órganos internos y romper tus huesos.
En absoluto, El trabajo es el proceso de convertir un tipo de energía en otro..
Otro ejemplo: puedes quemar el contenido de una bombona de propano en un quemador sin consecuencias. Pero si mezclas el gas contenido en el cilindro con aire y lo enciendes, sucederá explosión.
En ambos casos se libera la misma cantidad de energía. Pero en el segundo, la energía se libera en un corto período de tiempo. A potencia: la relación entre la cantidad de trabajo y el tiempo en que se realiza.
Respecto a la electricidad, 1 W es la potencia liberada por la carga cuando el producto de la corriente que la atraviesa y el voltaje en sus extremos es igual a la unidad. Es decir, por ejemplo, si la corriente a través de la lámpara es de 1 A y el voltaje en sus terminales es de 1 V, la potencia liberada a través de ella es de 1 W.
Una lámpara con una corriente de 2 A tendrá la misma potencia a un voltaje de 0,5 V; el producto de estas cantidades también es igual a uno.
Entonces:
P = U*I. La potencia es igual al producto del voltaje y la corriente..
Podemos escribirlo de otra manera:
Yo = P/U- la corriente es igual a la potencia dividida por el voltaje.
Hay, por ejemplo, una lámpara incandescente. En su base se indican los siguientes parámetros: voltaje 220 V, potencia 100W. Una potencia de 100 W significa que el producto del voltaje aplicado a su terminal multiplicado por la corriente que circula por esta lámpara es cien. U*I=100.
¿Qué corriente circulará por él? Primaria, Watson: I = P/U, dividir potencia por voltaje (100/220), obtenemos 0,454 A. La corriente a través de la lámpara es 0,454 amperios. O, en otras palabras, 454 miliamperios (mili - milésima).
Otra opción de grabación U = P/I. También será útil en alguna parte.
Ahora disponemos de dos fórmulas: la ley de Ohm y la fórmula de la potencia de la corriente eléctrica. Y esto ya es una herramienta.
Queremos saber la resistencia del filamento de la misma lámpara incandescente de cien vatios.
La ley de Ohm nos dice: R = U/I.
No es necesario calcular la corriente a través de la lámpara para sustituirla en la fórmula más adelante, pero toma un atajo: como I = P/U, sustituimos P/U en lugar de I en la fórmula R = U/I .
De hecho, ¿por qué no sustituir la corriente (que desconocemos) por el voltaje y la potencia de la lámpara (que están indicados en la base)?
Entonces: R = U/P/U, que es igual a U^2/P. R = U^2/P. Elevamos al cuadrado 220 (voltaje) y lo dividimos por cien (potencia de la lámpara). Obtenemos una resistencia de 484 Ohmios.
Puedes consultar los cálculos. Arriba, calculamos la corriente a través de la lámpara: 0,454 A.
R = U/I = 220/0,454 = 484 ohmios. Digan lo que digan, sólo hay una conclusión correcta.
Una vez más, la fórmula de potencia es: P = U*I(1), o Yo = P/U(2), o U = P/I (3).
Ley de Ohm: Yo = U/R(4) o R = U/I(5) o U = I*R (6).
pag - poder
U - voltaje
yo - actual
R - resistencia
En cualquiera de estas fórmulas, en lugar de un valor desconocido, puedes sustituirlo por valores conocidos.
Si necesita averiguar la potencia, teniendo los valores de voltaje y resistencia, tome la fórmula 1, en lugar de la corriente I sustituimos su equivalente de la fórmula 4.
resulta P = U^2/R. La potencia es igual al cuadrado del voltaje dividido por la resistencia. Es decir, cuando cambia el voltaje aplicado a la resistencia, la potencia liberada sobre ella cambia en una relación cuadrática: el voltaje se duplicó, la potencia (para la resistencia - calentamiento) se cuadruplicó. Esto es lo que nos dicen las matemáticas.
Una analogía hidráulica ayudará nuevamente a comprender por qué sucede esto en la práctica.Un objeto situado a cierta altura tiene energía potencial. Y, descendiendo desde esta altura, puede trabajar. Así es como el agua realiza el trabajo de generar energía en una central hidroeléctrica, cayendo a través de una turbina hidráulica desde el nivel del embalse hasta el agua de cola (nivel inferior).
La energía potencial de un objeto depende de su masa y de la altura a la que se encuentra (cuanto más problemas causará la caída de una piedra, más pesará y mayor será la altura desde la que caiga). También importa la gravedad en el lugar donde cae. La misma piedra que cae desde la misma altura es más peligrosa en la tierra que en la Luna, ya que en la Luna la “fuerza de gravedad” (la fuerza que empuja la piedra hacia abajo) es 6 veces menor que en la Tierra. Entonces, tenemos tres parámetros que afectan la energía potencial: masa, altura y gravedad. Son exactamente lo que contiene la fórmula de la energía cinética:
Ek = m*g*h,
Dónde metro- masa del objeto,gramo- aceleración de la caída libre en un lugar determinado ("gravedad"),h- la altura a la que se encuentra el objeto.
Montamos la instalación: una bomba accionada por un motor bombeará agua desde el depósito inferior al superior, y el agua que fluye bajo la influencia de la gravedad desde el depósito superior hará girar el generador:
Está claro que cuanto mayor sea la columna de agua, más energía tendrá el agua. Duplicamos la altura del pilar. Está claro que al doble de altura h, el agua tendrá el doble de energía potencial y, al parecer, ¿la potencia del generador debería duplicarse? De hecho, su potencia se cuadriplicará. ¿Por qué? Porque al duplicar la presión desde arriba, el flujo de agua a través del generador se duplicará. Y duplicar el caudal de agua con el doble de presión permitirá cuadriplicar la potencia liberada por el generador: el doble y el doble.
Lo mismo sucede con la resistencia cuando el voltaje que se le aplica se duplica. Recordamos la fórmula de la potencia liberada por una resistencia, ¿verdad?
P = U*I.
Fuerza PAG igual al producto del voltaje Ud., aplicado a la resistencia y la corriente. I fluyendo a través de él. Cuando el voltaje aplicado se duplica Ud., la potencia parece tener que duplicarse. ¡Pero un aumento de voltaje también conduce a un aumento proporcional de la corriente a través de la resistencia! Por tanto, se duplicará no sólo Ud., pero también I. Por eso la potencia depende del voltaje aplicado de forma cuadrática.
Una batería con el doble de voltaje "bombea" electrones al doble de "altura", y esto conduce exactamente a la misma imagen que en el análogo hidráulico.
¿Necesita averiguar la potencia, conociendo la resistencia y la corriente, pero sin conocer el voltaje? Ningún problema. En la misma primera fórmula en su lugar Ud. sustituir el equivalente Ud. de la fórmula 6. Obtenemos P = I^2*R. La potencia es igual al cuadrado de la corriente multiplicada por la resistencia.
El análogo hidráulico anterior le ayudará a comprender por qué. Duplicar la corriente a través de una resistencia determinada solo es posible duplicando el voltaje que se le aplica. Entonces, la fórmula P = U*I, funcionará aquí también, a pesar de la ausencia en la fórmula P = I^2*R Voltaje. Lo que pasa es que la tensión en este caso está presente “entre bastidores”, escondida detrás de otras variables.
Otra rareza de esta fórmula es que el poder es directamente proporcional a la resistencia. ¿Cómo puede ser esto? Bueno, entonces rompamos el circuito por completo, la resistencia aumentará hasta el infinito, lo que significa que la potencia liberada en lo que no está aumentará en consecuencia. Qué tontería.
En realidad es simple. Un aumento en la resistencia dará como resultado una disminución correspondiente en la corriente a través de la resistencia. Si en la fórmula
P = I^2*R,
resistencia R doble, entonces la corriente I se reducirá a la mitad. Y la dependencia de la potencia de la corriente en esta fórmula es cuadrática. Por lo tanto, se espera que la potencia liberada por la resistencia disminuya a la mitad.
Te recuerdo:
Voltaje (Ud.) es la “diferencia de presión eléctrica” entre dos puntos cualesquiera del circuito eléctrico (análoga a la diferencia de presión del fluido). Unidad de medida - voltio.
Actual (I) es el número de electrones que pasan a través de una sección del circuito (análogo a un flujo de fluido).Unidad de medida - amperio. 1 A = 1 C/seg.
Resistencia (R) - la capacidad de una sección de un circuito para interferir (resistir) el movimiento de los electrones(como un cuello de botella o un bloqueo en una tubería).Unidad de medida - ohm.
Fuerza (PAG) es el producto del voltaje y la corriente (como si multiplicáramos el flujo de agua a través de cualquier sección del sistema de suministro de agua por la diferencia de presión en los extremos de esta sección).Unidad de medida - vatio.
La electricidad en sí es invisible, aunque esto no la hace menos peligrosa. Al contrario: precisamente por eso es más peligroso. Después de todo, si lo hubiéramos visto, como vemos, por ejemplo, agua saliendo de un grifo, probablemente nos habríamos evitado muchos problemas.
Agua. Aquí está una tubería de agua y aquí hay un grifo cerrado. Nada fluye, nada gotea. Pero lo sabemos con certeza: dentro hay agua. Y si el sistema funciona correctamente, entonces el agua está bajo presión. 2, 3 atmósferas o ¿cuántas hay? No importa. Pero ahí hay presión, de lo contrario el sistema no funcionaría. En algún lugar las bombas zumban, bombeando agua al sistema, creando la misma presión.
Pero nuestro cable eléctrico. En algún lugar lejano, en el otro extremo, también zumban los generadores que generan electricidad. Y también hay presión en el cable por esto... No, no, presión no, por supuesto, aquí en este cable. Voltaje. También se mide, pero en sus propias unidades: voltios.
El agua de las tuberías presiona contra las paredes, sin moverse a ningún lado, esperando que se encuentre una salida para precipitarse allí en una poderosa corriente. Y en el cable, el voltaje espera silenciosamente a que se cierre el interruptor para que el flujo de electrones pueda moverse para cumplir su propósito.
Y entonces se abrió el grifo y salió un chorro de agua. Fluye a lo largo de la tubería, desde la bomba hasta la válvula de flujo. Y tan pronto como los contactos del interruptor se cerraron, los electrones fluyeron hacia los cables. ¿Qué tipo de movimiento es este? Este actual. electrones fluir. Y este movimiento, esta corriente, también tiene su propia unidad de medida: el amperio.
Y hay más resistencia. Para el agua, este es, en sentido figurado, el tamaño del orificio del grifo de salida. Cuanto más grande sea el agujero, menor será la resistencia al movimiento del agua. En los cables ocurre casi lo mismo: cuanto mayor es la resistencia del cable, menor es la corriente.
Esto es algo así, si imaginas en sentido figurado las principales características de la electricidad. Pero desde el punto de vista de la ciencia, todo es estricto: existe la llamada ley de Ohm. Dice lo siguiente: Yo = U/R.
I- fuerza actual. Medido en amperios.
Ud.- Voltaje. Medido en voltios.
R- resistencia. Medido en ohmios.
Hay un concepto más: potencia, W. También es simple: W = U*I. Medido en vatios.
En realidad, esta es toda la teoría necesaria y suficiente para nosotros. De estas cuatro unidades de medida, de acuerdo con las dos fórmulas anteriores, se pueden derivar otras:
| № | Tarea | Fórmula | Ejemplo |
| 1 | Descubra la intensidad de la corriente si se conocen el voltaje y la resistencia. | Yo = U/R | Yo = 220 V / 500 ohmios = 0,44 A. |
| 2 | Descubra la potencia si se conocen la corriente y el voltaje. | W = U*I | W = 220 V * 0,44 A = 96,8 W. |
| 3 | Descubra la resistencia si se conocen el voltaje y la corriente. | R = U/I | R = 220 V / 0,44 A = 500 ohmios. |
| 4 | Descubra el voltaje si se conocen la corriente y la resistencia. | U = I*R | U = 0,44 a * 500 ohmios = 220 v. |
| 5 | Descubra la potencia si se conocen la corriente y la resistencia. | W = Yo 2 *R | W = 0,44 a * 0,44 a * 500 ohmios = 96,8 vatios. |
| 6 | Descubra la potencia si se conocen el voltaje y la resistencia. | W=U2/R | W = 220 V * 220 V / 500 ohmios = 96,8 W. |
| 7 | Descubra la intensidad de la corriente si se conocen la potencia y el voltaje. | Yo = W/U | Yo = 96,8 W / 220 V = 0,44 A. |
| 8 | Descubra el voltaje si se conocen la potencia y la corriente. | U = W/I | U = 96,8 W / 0,44 A = 220 V. |
| 9 | Descubra la resistencia si se conocen la potencia y el voltaje. | R = U 2 /W | R = 220 V * 220 V / 96,8 W = 500 ohmios. |
| 10 | Descubra la resistencia si se conocen la potencia y la corriente. | R = W/I 2 | R = 96,8 W / (0,44 A * 0,44 A) = 500 ohmios. |
Dices: - ¿Por qué necesito todo esto? Fórmulas, números... No voy a hacer cálculos.
Y te respondo esto: - Vuelve a leer el artículo anterior. ¿Cómo puedes estar seguro sin conocer las verdades y los cálculos más simples? Aunque, de hecho, en términos prácticos cotidianos, lo más interesante es solo la fórmula 7, donde la intensidad de la corriente se determina a un voltaje y potencia conocidos. Como regla general, estas 2 cantidades son conocidas y el resultado (intensidad de corriente) es ciertamente necesario para determinar la sección transversal permitida del cable y seleccionar la protección.
Hay una circunstancia más que conviene mencionar en el contexto de este artículo. En la industria de la energía eléctrica se utiliza la llamada corriente "alterna". Es decir, esos mismos electrones no siempre se mueven en la misma dirección en los cables, la cambian constantemente: adelante-atrás-adelante-atrás... Y este cambio de dirección del movimiento es 100 veces por segundo.
Espera, ¡pero en todas partes dicen que la frecuencia es de 50 hercios! Sí, eso es exactamente lo que es. La frecuencia se mide en el número de ciclos por segundo, pero en cada ciclo la corriente cambia de dirección dos veces. En otras palabras, en un período hay dos picos que caracterizan el valor máximo de la corriente (positivo y negativo), y es en estos picos donde cambia la dirección.
No entraremos en detalles más profundos, pero aún así: ¿por qué corriente alterna y no corriente continua?
Todo el problema es la transmisión de electricidad a largas distancias. Aquí es donde entra en vigor la inexorable ley de Ohm. Bajo cargas pesadas, si el voltaje es de 220 voltios, la corriente puede ser muy alta. Para transmitir electricidad con tal corriente, se necesitarán cables de sección transversal muy grande.
Sólo hay una salida: aumentar el voltaje. La séptima fórmula dice: Yo = W/U. Es bastante obvio que si suministramos un voltaje no de 220 voltios, sino de 220 mil voltios, la corriente disminuirá mil veces. Esto significa que la sección transversal de los cables se puede tomar mucho más pequeña.
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