Измерение электрической мощности

Кратные единицы Вт

Сама по себе рассматриваемая единица относительно невелика. К примеру, чтобы постирать один килограмм белья за один час в автоматической стиральной машинке класса А++, понадобится 150 ватт электроэнергии. Однако, если учесть, что в среднем одновременно стирается около 3,5 килограмм вещей, значит, расходуется 525 Вт. И это лишь одна стирка, а сколько их происходит за месяц или год? Немало, как и количества расходуемых ватт. Чтобы облегчить их запись, на основе Вт выделяются десять кратных единиц, записываемых в виде степеней.

Как и в случае с дольными величинами, первые две из них (декаватт — 10 1 и гектоватт — 10 2) не принято использоваться, так что они существует лишь «де-юре».

Стоит отметить, что при записи сокращений кратных единиц часто первые буквы — заглавные. Это делается для того, чтобы не путать мегаватты (МВт — 10 6) с микроваттами (мВт) и другие похожие величины.

Наиболее употребляемым является хорошо известный всем — киловатт (кВт). Он равен тысяче ватт (10 3). Второй по популярности — вышеупомянутый мегаватт. Данная единица чаще всего используется в сфере электроэнергетики. Реже в ней применяются такие величины, как гигаватты (ГВт — 10 9) и тераватты (ТВт — 10 12). К примеру, за один год в среднем человечество потребляет около 1,9 ТВт электроэнергии.

Оставшиеся четыре величины — петаватты (ПВт — 10 15), эксаватты (ЭВт — 10 18), зеттаватты (ЗВт — 10 21) и иоттаватты (ИВт 10 24) — очень редко используются, в основном при проведении теоретических расчетов. К примеру, согласно одному из них, предполагается, что полная мощность излучаемой Солнцем энергии равна 382,8 ИВт.

Несмотря на множество кратных и дольных единиц ватта, осуществлять с ними математические действия несложно. Проще всего переводить все в ватты и далее совершать действия со степенями.

Еще один простой способ, как узнать ватты (количество при использовании больших или малых, связанных с ними величин) — найти в интернете онлайн-калькулятор. Кстати, с его помощью можно переводить Вт даже в лошадиные силы.

Виды мощности постоянного тока

Любая мощностная величина определяется работой, которая совершается за определенную единицу времени. Чаще всего ею становится секунда. Она означает величину, характеризующую, насколько быстро совершается работа. Касаемо электрической мощности это расход электроэнергии за одну секунду.

Мощностная характеристика тока соответствует отношению его работы ко времени

Работой тока называется процесс превращения электроэнергии в какую-либо другую энергию (механическую, тепловую или световую). Именно по мощности, которая обозначается буквой «P» или «W», и оценивается работоспособность электротока.

К сведению! Вообще у тока постоянного значения нет активной и реактивной P. Для этого вида сети характерна только мгновенная характеристика.

Мгновенная мощность

Если говорить о сетях переменного электротока, то рассматриваемая величина в них, как и электроток или напряжение, регулярно меняет свои значения. Это напрямую влияет на другие параметры. При константном течении зарядов все остается неизменным. Именно поэтому и возникает термин «мгновенная мощность».

Силы в сети регулярного тока остаются неизменными и равняются мгновенным их значениям, взятым в произвольный момент времени. Такую характеристику можно высчитать по мгновенным значениям. Для этого подходит формула мощности постоянного тока в цепи: P = I * U.

Рассматриваемая величина может быть найдена из произведения силы электротока и напряжения

Если сеть пассивна и в ней соблюдается закон Ома, то справедливо равенство. В случае подключения источника ЭДС нужна другая формула: P = I * E, где E — это электродвижущая сила.

Активная мощность

Активная мощность — это среднее за период значение мгновенной P. При активной P происходит конвертация мощности тока в энергию любого вида (механическую, световую или тепловую). Подобный перевод электротока нельзя выполнить в обратном направлении. Активный тип также измеряется в ваттах. 1 Ватт равен 1 вольту умноженному на 1 ампер.

Работа неразрывно связана с определением мощностных характеристик

К сведению! В бытовых и уж тем более промышленных масштабах единицу измерения ватт никогда не используют. Для этих целей задействуют показатели на порядок выше: мегаватты в киловатты.

Реактивная мощность

Реактивная мощностная характеристика определяет нагрузку, которая создается электрическими устройствами определенными колебаниями энергии электромагнитного поля в сетях синусоидального тока переменной частоты. Она равна произведению среднеквадратичных значений напряжения и силы тока, умноженных на синус угла, на который сдвигается фаза между ними. Реактивный параметр неразрывно связан с полной P и активным параметром.

Все основные величины могут быть найдены с использованием закона Ома

Если говорить про физический смыл реактивности, то он представляет собой некую энергию, которая перекачивается из источника к реактивным элементам приемника (конденсатор, обмотка генератора, катушка индуктивности и т. д.), а потом возвращается обратно в источник за время одного периода колебаний.

Полная мощность

Полная P электротока представляет собой значение, соответствующее произведению силы электротока и напряжения в цепи. Она неразрывно связана с активной и реактивной величинами и определяется следующим уравнением: , где Sos = полная мощность, а P и Q — ее активная и реактивная характеристики соответственно.

Общая мощность, которую можно представить в виде кружки пива

Если говорить проще, то активная P есть везде, где присутствует нагрузка активного плана. Например, в спиральных нагревателях, сопротивлении проводов и т. д. Реактивный параметр характерен для реактивной нагрузки, которая имеется в элементах индуктивности или емкости.

Кратные и дольные единицы

Для расчётов, связанных с мощностью, не всегда удобно использовать ватт сам по себе. Иногда, когда измеряемые величины очень большие или очень маленькие, гораздо удобнее пользоваться единицей измерения со стандартными приставками, что позволяет избежать постоянных вычислений порядка значения. Так, при проектировании и расчёте радаров и радиоприёмников чаще всего используют пВт или нВт, для медицинских приборов, таких как ЭЭГ и ЭКГ, используют мкВт. В производстве электричества, а также при проектировании железнодорожных локомотивов, пользуются мегаваттами (МВт) и гигаваттами (ГВт).

Стандартные приставки СИ для ватта приведены в следующей таблице.

Примеры в природе и технике

Формулы вычисления мощностей

Для расчета установленной мощности электроустановки можно взять наглядный пример осветительной установки.

Осветительная установка

Установленная мощность ( ) вычисляется во время выбора ламп и по итогам технических расчетов. Для этого складываются мощности всех ламп накаливания в системе, и формула выглядит следующим образом:

, где  – номинальные мощности ламп накаливания,  – та же базовая величина для люминесцентных ламп с низким давлением,  – мощность дуговых ламп (ртутных, низкого давления).

По разным причинам, часть осветительных элементов может не работать. В этом случае расчетная мощность ( ) – это произведение установленного значения ( ) и коэффициента спроса, который рассчитывается по формуле:

=, где  – активная мощность за 30 минут работы системы. Тогда = .

Важно! Определение установленной и расчетной мощностей имеет важное значение для многих отраслей промышленности и энергетического комплекса. Расчеты этих величин используют при проектировании осветительных установок, организации электроснабжения в жилых домах, городского освещения и в других областях, которые нуждаются в обеспечении электричеством

Электротехническое оборудование

Знание установленных и расчетных значений мощностей позволяет вычислить допустимые нагрузки, которым будет подвергаться эксплуатируемое электротехническое оборудование, что позволит использовать его с максимальной эффективностью.

Как перевести вольт-ампер в ватты

Разобравшись, что же такое ва, нужно рассмотреть, что нужно делать, если необходимо вольт ампер перевести в ватт. Для решения бытовых задач можно следовать следующему алгоритму:

1. В инструкции источника питания нужно найти значение потребляемой им мощности. Часто производящие фирмы указывают значение этого параметра в вольт-амперах. Оно обозначает наибольшее количество электрической энергии, которое устройство способно потребить из сети. Таким образом, его можно приравнять к полному мощностному значению.
2. Теперь нужно узнать коэффициент полезного действия эксплуатируемого источника. Он определяется особенностями его конструкции и тем, сколько приборов к нему подсоединено. На практике такой коэффициент при подключении бытовой и профессиональной техники обычно варьируется в пределах 0,6-0,8.
3. После этого выполняется собственно перевод вольт-амперных единиц в ваттные. Для его выполнения нужно узнать активную мощность прибора, поставляющего бесперебойное питание. Чтобы узнать ее значение в ваттах, нужно потребляемый мощностной параметр в вольт-амперах, обозначенный производителем в прилагающейся документации, перемножить на КПД устройства (он же – коэффициент мощности). Это можно выразить посредством формулы: В = ВА*КПД.

Способ расчета можно показать на примере. Допустим, в техническом паспорте аппарата указано, что его потребляемая мощность равняется 2000 вольт-ампер. Коэффициент полезного действия оказывается равным 0,7. Если перемножить числа, получается: 2000*0,7=1400 Ватт. Данное число показывает активную потребляемую мощность, выдаваемую данным устройством. Оставшиеся 30% представляют собой энергетические потери, связанные с функционированием питательного блока.

Также для перевода ва в вт применяется калькулятор. Нужно заполнить поля, которые предлагает экранная форма, значениями, соответствующими показателям того или иного прибора, и нажать кнопку, инициирующую расчеты. По завершении пользователь получит нужное мощностное значение в ваттах.

Важно! Активное мощностное значение по определению не может превышать полную мощность. Но у определенной части потребителей электротока (к примеру, лампочек накаливания, кипятильников, электрочайников) эти два показателя равны друг другу за счет отсутствия компонента реактивной нагрузки, поэтому при расчетах, связанных с ними, не потребуется ватты переводить в вольтамперы или наоборот

У данных приборов мощностные цифры, выраженные в ваттах, будут идентичны таковым в вольт-амперах. Это обозначает, что уровень, потребляемый прибором и требующийся для его исправного функционирования, будет равняться активной мощности, выраженной в ваттах.

Мощностной треугольник

История появления

На протяжении многих тысячелетий для выполнения тяжелых рабочих операций человечество использовало конную тягу. В конце 19 века, например, на основе этой традиционной технологии функционировал общественный транспорт в США. Общая протяженность железных дорог соответствующего назначения составляла примерно 8,9 тыс. км.

Именно в этот временной промежуток активно начали внедрять новые источники энергии: паровые и электрические машины. Одновременно возникла потребность в более точном измерении мощности. Новая единица мощности была определена в рамках научного конгресса (Великобритания, 1882г.). После этого длительное время применяли альтернативное обозначение – лошадиную силу (л.с.). Только в 1960 г. Ватт (watt) официально утвержден одновременно с другими единицами измерения системы СИ в качестве международного стандарта. Ватт сокращение – Вт.

Взаимосвязь величин

Чтобы лучше понять предназначение этой единицы, следует иметь представление о том, что такое мощность. Многие думают, что это просто сила. Однако в физике это совершенно разные величины, которые друг к другу почти не имеют никакого отношения. Если говорить максимально кратко, закрывая глаза на некоторые незначительные нюансы, то мощность — это скорость, с которой тот или иной объект потребляет энергию.

Например, лампочка осветительного прибора может светиться ярко или тускло. Всё зависит от того, с какой скоростью ею потребляется электрическая энергия. Если горит ярко, значит, энергия расходуется быстро. Когда свет, исходящий от лампы, тусклый, она потребляет энергию с небольшой скоростью. Еще проще можно сказать так:

• если лампа светится ярко, значит, ее мощность высока;
• если же свет ее тусклый, значит, она обладает небольшой силой.

Например, если взять движущийся автомобиль, то он обладает определенной силой. Чем быстрее потребляется вырабатываемая топливом в бензобаке энергия, тем мощнее автомобиль. Правда, автомобилисты измеряют мощность своих «железных коней» в других единицах, называемых лошадиными силами. Однако это вовсе не означает, что традиционные ватты для этого случая неприменимы. Одну единицу легко можно перевести в другую, зная, что одна лошадиная сила — это примерно 735 Вт. Всего существует три вида мощности:

1. Электрическая. Именно ее имеют в виду, когда говорят о лампочках или других электроприборах.
2. Механическая. «Лошадиные силы» автомобиля как раз относятся к этой категории.
3. Тепловая. О том, насколько большой тепловой мощностью обладает тот или иной объект, можно судить по его температуре.

Мощность — это скорость, с которой потребляется энергия. Пытаясь понять, чему равен 1 ватт, какая энергия и за какое время должна использоваться объектом, чтобы о нем можно было сказать, что его мощность равна одному ватту, физики выводили такую величину, как мощность, исходя из других простых величин — времени и энергии. Они взяли их основные единицы измерения и условились считать, что если физическое тело получает или вырабатывает 1 джоуль энергии за 1 секунду, значит, оно обладает мощностью 1ватт.

В основе этого простого определения лежит формула: N=A/t. Обозначение знаков здесь следующее:

• N — это обозначение мощности;
• A в физике традиционно обозначает работу, которая измеряется в тех же единицах, что и энергия;
• t — это обозначение времени.

Примеры в природе и технике [ править | править код ]