Единицы измерения работы и мощности

ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ

ИНСТИТУТ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине " Электротехника и электроника в сфере техносферной и пожарной безопасности "

Студент Грибинюк В.А. _____________

Группа ГЗз-281с

Вариант № 6

Руководитель работы проф. Ермак В.П. _____________

Дата представления работы на кафедру

на рецензию……………………………..

Регистрационный номер………………………………….Регистратор…………….

(подпись)

Защищена с оценкой …………………………………

Преподаватель …………………………… ……………..

(должность, фамилия, инициалы) (подпись)

Дата………………………

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛНР

ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ»

ИНСТИТУТ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Дисциплина: «Электротехника и электроника в сфере техносферной и пожарной безопасности»

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6

1.Закон Ома для участка цепи.

2.Работа и мощность тока.

3.Последовательное соединение проводников.

1.Закон Ома для участка цепи.

Закон Ома для участка цепи – полученный экспериментальным (эмпирическим) путём закон, который устанавливает связь силы тока на участке цепи с напряжением на концах этого участка и его сопротивлением. Строгая формулировка закона Ома для участка цепи записывается так: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на её участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Формула закона Ома для участка цепи записывается в следующем виде:

где:

I – сила тока в проводнике [А];

U – электрическое напряжение (разность потенциалов) [В];

R – электрическое сопротивление (или просто сопротивление) проводника [Ом].

Исторически сложилось, что сопротивление R в законе Ома для участка цепи считается основной характеристикой проводника, так как зависит исключительно от параметров этого проводника. Необходимо отметить, что закон Ома в упомянутой форме справедлив для металлов и растворов (расплавов) электролитов и только для тех цепей, где нет реального источника тока или источник тока является идеальным. Идеальный источник тока – это такой источник, который не обладает собственным (внутренним) сопротивлением. Подробнее с законом Ома в применении к цепи с источником тока можно познакомится в нашей статье. Условимся считать положительным направлением слева направо (см. рисунок ниже). Тогда напряжение на участке равно разности потенциалов.

φ₁ - потенциал в точке 1 (в начале участка);

φ₂ - потенциал в точке 2 (а конце участка).

Если выполняется условие φ₁ > φ₂, то напряжение U > 0. Следовательно, линии напряженности в проводнике направлены от точки 1 к точке 2, а значит и ток течет в этом направлении. Именно такое направление тока будем считать положительным I > O.

Рассмотрим простейший пример определения сопротивления на участке цепи с помощью закона Ома. В результате эксперимента с электрической цепью амперметр (прибор, который показывает силу тока) показывает , а вольтметр . Необходимо определить сопротивление участка цепи .

По определению закона Ома для участка цепи

откуда

2.Работа и мощность тока.

Электрический ток, проходя по проводникам, совершает работу, превращая электрическую энергию в какую-либо другую энергию: тепловую, световую, механическую, химическую и т.д.

Если к потребителю электрической энергии приложено напряжение один вольт, то это значит что источник электрической энергии, перенося один кулон электричества через потребитель, расходует в нем один джоуль электрической энергии.

Электрический ток превращает эту энергию в какой-либо иной вид энергии, а поэтому принято говорить, что электрический ток, проходя через потребитель совершает работу. Величина этой работы равна величине электрической энергии, израсходованной источником.

Мощность - величина, характеризующая скорость, с котором происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.

В источнике ЭДС под действием химических сил (в первичных элементах и аккумуляторах) или электромагнитных в электрических генераторах происходит разделение зарядов.

Работа, которая совершается сторонними силами в источнике при перемещений заряда Q или,как принято говорить, "выработанная" в источнике электрическая энергия, находится по формуле:

A = QE

Если источник замкнут на внешнюю цепь, то в нем непрерывно происходит разделение зарядов, причем сторонние силы по-прежнему совершают работу А = QE, или, имея в виду, что Q = It, A = EIt.

По закону сохранения энергии электрическая энергия, выработанная в источникеЭДС, за то же время "расходуется" (т. е. преобразуется) в другие виды энергии в участках электрической цепи.

Часть энергии затрачивается во внешнем участке:

A1 = UQ = UIt,

где U — напряжение на зажимах источника, которое при замкнутой внешней цепи уже не равно ЭДС.

Другая часть энергии "теряется" (преобразуется, в тепло) внутри источника:

A2 = A - A1 = (E - U)It = UoIt

В последней формуле Uo - это разность ЭДС и напряжения на зажимах источника, которая называется внутренним падением напряжения. Таким образом,

Uo = E - U,

откуда

E = U + Uo

т. е. ЭДС источника равна сумме напряжения на зажимах и внутреннего падения напряжения.

Пример. Электрический чайник подключен к сети с напряжением 220 Вольт. Необходимо определить энергию, израсходованную в чайнике за время 12 минут, если ток в нагревательном элементе чайника был равен 2,5 А.

А = 220 · 2,5 · 60 = 396000 Дж.

Величина, характеризующая скорость, с котором происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа, называется мощностью (обозначение Р):

P = A / t

Мощностью электрического тока называется его работа, отнесенная к единице времени.

Величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в источнике в электрическую, называется мощностью генератора:

Pг = A / t = EIt / t = EI

Величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии во внешнихучастках цепи в другие виды энергии, называется мощностью потребителя:

P1 = A1 / t = UIt / t = UI

Мощность, характеризующая непроизводительный расход электрической энергии, например на тепловые потери внутри генератора, называется мощностью потерь:

Po = (A - A1) / t = UoIt / t = UoI

По закону сохранения энергии мощность генератора равна сумме мощностей; потребителей и потерь:

Pг = P1 + Po

Единицы измерения работы и мощности

Единица измерения мощности находится из формулы P = A / t = дж/сек. Электрический ток развивает мощность в один ватт, если он ежесекундно совершает работу, равную одному джоулю.

Единица измерения мощности дж/сек называется ватт (обозначение Вт), т. е. 1 Вт = 1 дж/сек.

С другой стороны, из A = QE 1 дж = 1 Кх l В, откуда 1 Вт = (1В х 1К) / 1с1 = 1В х 1 А = 1 ВА, т. е. ватт есть мощность электрического тока в 1 А при напряжении 1 В.

Более крупными единицами мощности являются гектоватт 1 гВт = 100 Вт и киловатт - 1 кВт = 10³ Вт.

Электрическая энергия подсчитывается обыкновенно в: ватт-часах (Вт-ч) или кратных единицах: гектоватт-часах (гВт-ч) и киловатт-часах (кВт-ч). 1 киловатт-час = 3600000 джоулям.

3.Последовательное соединение проводников.

Современные материалы позволяют изготовить резисторы с самыми разнообразными значениями сопротивлений, но из этого не следует, что отсутствует необходимость разнообразия соединения проводимков друг с другом. Это связано с современными технологиями производства. Потребители электрической энергии к их источникам также присоединяются различными способами.

Различают последовательное, параллельное и смешанное соединения проводников. При последовательном соединении (рис. 43, а) через все резисторы проходит один и тот же ток. При параллельном соединении (рис. 43, б) на всех резисторах создано одно и то же напряжение. При смешанном соединении (рис. 43, в) используются и последовательное, и параллельное соединения проводников.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом. На рисунке 44 показано последовательное соединение двух проводников 1 и 2, имеющих сопротивления и . Это могут быть две лампы, две обмотки электродвигателя и т.д.

Сила постоянного тока в обоих проводниках одинакова: , так как в проводниках электрический заряд в случае постоянного тока не накапливается и через любое сечение проводника за определенный интервал времени проходит один и тот же заряд.

Напряжение (или разность потенциалов) на концах рассматриваемого участка цепи складывается из напряжений на первом и втором проводниках:

Применяя закон Ома для участка цепи , можно доказать, что полное сопротивление при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Действительно, из формулы получим . После сокращения окажется, что . Аналогичную формулу можно применить для любого числа последовательно соединенных проводников.

Напряжения на проводниках и их сопротивления при последовательном соединении связаны соотношением: .

Для измерения силы тока в проводнике амперметр включают последовательно с этим проводником (рис. 45). Но нужно иметь в виду, что сам амперметр обладает некоторым сопротивлением . Поэтому сопротивление участка цепи с включенным амперметром увеличивается, и при неизменном напряжении сила тока уменьшается в соответствии с законом Ома . Чтобы амперметр оказывал как можно меньшее влияние на силу измеряемого им тока, его сопротивление делают очень малым. Это нужно помнить и никогда не пытаться «измерить силу тока» в осветительной сети, подключая амперметр к розетке. Произойдет короткое замыкание. Сила тока при малом сопротивлении прибора достигнет столь большой величины, что обмотка амперметра сгорит.

ЗАДАЧА

Справочные данные:

Плотность тока для меди J = 7.5 А/мм2, для алюминия J = 4 А/мм2.

Дано: Тепловентилятор мощностью 6 КВт (6000 Вт), сеть 220 В

Найти: Сечение провода из меди, для работы данного прибора

Решение

Исходя из закона Ома, найдем ток проходящий в данной цепи

Закон Ома:

Р = U/I,

где P – мощность нагрузки, Вт;

U – напряжение питающей сети, В;

I – ток текущий по проводу, А.

I = P/U = 6000/220 = 27,27 A

Сечение провода определяется по формуле:

S = I/J,

где S – сечение провода, мм²;

J – плотность тока, А/мм²;

I – ток текущий по проводу, А.

S = I/J = 27,27/7,5 = 3,64 мм²

Вывод: Для работы тепловентилятора мощностью 6 КВт необходим медный провод сечением 3,64 мм²

Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 95; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!