Формулы электрического тока

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения. Для измерения силы тока существует прибор – амперметр. Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов. Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.

Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I. При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ. Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети. Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.

Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности. При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки. Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.

При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95. Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8. Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.

Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.

Что такое энергия электрического поля

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля.

Энергия электрического поля — энергия проводника, обладающего зарядом, которая равна работе, затраченной, чтобы зарядить этот проводник.

Физик Майкл Фарадей сделал следующие выводы об электрическом поле:

1. Каждый заряд формирует вокруг себя электрическое поле определенной мощности.
2. Электрическое поле воздействует на другой заряд с определенной силой.

Электрическое поле обладает рядом свойств:

• поле материально;
• источником является заряд;
• обнаружить поле можно, исходя из действия на заряд;
• поле распределяется непрерывно в пространстве;
• при удалении от заряда поле слабеет.

Тело, обладающее зарядом, действует на другие тела, притягивая и отталкивая их. По отношению к заряженному объекту другие тела поворачиваются и перемещаются. Для любого электрического поля характерен запас энергии. В случае исчезновения электрического поля его электроэнергия трансформируется обратно в работу.

Предметы-трансформеры

Сколько электроэнергии потребляет чайник

Электрический чайник является удобным бытовым прибором, который за считанные минуты способен обеспечить хозяев кипятком.

Рассчитывать, сколько киловатт потребляет чайник, необходимо с учетом мощности устройства и максимального объема жидкости, который он может довести до кипения. Чем больше литраж прибора, тем больше времени понадобится для нагревания воды, соответственно увеличивается количество потребляемой электроэнергии. С другой стороны, высокая мощность чайника способствует быстрой его работе. Однако требует при этом достаточного количества электроэнергии.

Все электрочайники различны по своим параметрам и, соответственно, по уровню потребления энергии.

Чтобы рассчитать, сколько потребляет чайник, следует выполнить следующие подсчеты:

• из паспорта берется мощность прибора;
• выполняется подсчет времени, которое затрачивается на закипание воды в чайнике;
• определяется потребление электроэнергии в единицу времени;
• полученное значение следует умножить на количество раз кипячения воды;
• определяется месячный расход электроэнергии.

Исходя из таблицы, мощность электроприбора находится в пределах 700-3000 Вт, которая зависти от объема чаши, материала корпуса, литража, типа нагревательного элемента, химического состава воды. Нагревательный элемент может быть открытого (спираль) или закрытого (пластина) типа. Первый вариант обеспечивает высокую скорость нагрева воды, соответственно использует меньшее количество энергии.

На энергопотребление прибора также оказывает влияние материал корпуса. В металлической чаше вода нагревается быстрее. Однако дополнительное количество электроэнергии затрачивается на нагрев корпуса. Стекло также быстро нагревается, но хуже удерживает тепло. Керамика отличается низкой скоростью нагревания, но вода в чайнике будет долго оставаться горячей.

Обратите внимание! Кипячение воды в электрическом чайнике является менее затратным по сравнению с использованием электроплиты.
Если в чайник заливать минимальное количество воды без запаса, то можно снизить растраты и воды, и электроэнергии. Для снижения энергопотребления чайника следует выключать прибор из розетки, когда он не используется

В него следует наливать воду необходимого объема, без запаса. Следует следить за состоянием ТЭНа, регулярно очищая его от накипи

Для снижения энергопотребления чайника следует выключать прибор из розетки, когда он не используется. В него следует наливать воду необходимого объема, без запаса. Следует следить за состоянием ТЭНа, регулярно очищая его от накипи.

Как выглядит примерный расчет минимальных энергозатрат организма за сутки?

Мужчины расходуют 1 килокалорию на каждый килограмм веса в час. Соответственно, если он весит 95 килограммов, то его основной обмен будет равен 95 х 1 х 24 = 2280 ккал

У женщин расходуется чуть меньше энергии – 0,9 ккал/час на каждый килограмм веса. Женщине на поддержание тех же 95 кг понадобится уже 95 х 0,9 х 24 = 2052 ккал.

Данные расчеты справедливы только для определения основного обмена. Для режима похудения необходимо использовать эту же формулу, но указать не текущий, а желаемый вес. При этом необходимо учесть, что врачи не рекомендуют снижать общую калорийность блюд в сутки менее чем на 1200 ккал. Эта цифра утверждена Всемирной организацией здравоохранения. Экстремальное понижение калорий может повлечь за собой сбои в работе всего организма и нанесет больше вреда, чем принесет пользы от снижения веса.

Как рассчитать стоимость электроэнергии и ее расход?

Рассмотрим, как рассчитать потребление электроэнергии. На счётчиках основная единица измерения 1 кВт/ч (киловатт в час). В каждом регионе на этот киловатт свои расценки.

Для вычисления оплаты, нужно знать два показателя тариф (сколько стоит 1 кВт/ч) и расход энергии (сколько у вас «набежало» на счётчике).

Узнать местные тарифы можно тремя способами:

1. Из квитанции, которая ежемесячно приходит на квартиру или дом.
2. Позвонив по телефону организации – поставщика.
3. На официальном сайте соответствующих электросетей.

Расход электроэнергии вычисляется простым вычитанием показателя за прошлый месяц из текущего показателя.

Умножив расход на тариф, получим сумму, которую нужно заплатить за свет.

Знаете ли вы, что индивидуальный счетчик отопления может сэкономить до 60% оплаты по счетам за обогрев помещения? Счетчик отопления для квартиры – принцип работы, монтаж, снятие показаний.

Как отопить дачный дом электричеством, расскажем тут.

Монтаж электропроводки требует определенных знаний. Следующая тема https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/elektrichestvo-v-chastnom-dome-svoimi-rukami.html будет посвящена тонкостям прокладки электричества в частный дом.

Общедомовой счётчик (ОДН)

Еще один вопрос – как рассчитать ОДН по электроэнергии? Общий счётчик ведёт учёт электроэнергии на освещение лифта, подъезда и лестниц и других совместных расходов.

Оплата от каждого собственника будет тем больше, чем больше м 2 жилплощади он занимает.

По порядку:

1. Снимаются показания также как на домашнем приборе.
2. Вычитаются последние оплаченные данные за прошлый месяц.
3. Получившиеся показания делятся на площадь всех квартир.
4. То, что получилось, умножают на количество м 2 своей квартиры.
5. Ваш расход умножается на местный тариф.

Как рассчитывается оплата, если счётчика нет

Как рассчитать электроэнергию без счетчика? Индивидуального прибора учёта может не быть. В этом случае, берётся средний для региона показатель расхода.

Количество человек, проживающих в квартире, умножается на средний показатель расхода (в каждом регионе свой) и умножается на местный тариф.

Определение

Начнём с определения мощности: это работа, выполненная за единицу времени

Причём неважно о какой работе идёт речь, электрической или механической. Эта физическая величина является показателем эффективности работы, а также количества энергии, потребляемой электрическим прибором

В счета коммунальных услуг входят расходы за потребление электроэнергии. Её потребляют следующие бытовые приборы:

1. Пылесос.
2. Холодильник.
3. Компьютер.
4. Телевизор.
5. Чайник.
6. Плита.

Количество этих приборов гораздо больше. И каждый из них вносит свой вклад в формирование суммы за ваши коммунальные услуги.

Например, потребляемая мощность вашего пылесоса составляет 1 тыс. Ватт в час. Соответственно, если вы пылесосите 30 минут, он потребляет 500 ватт. Одна тысяча ватт в час равняется одному киловатту в час. Это общепринятая единица расчёта потребляемой энергии в коммунальных службах.

Например, за этот месяц вы пылесосили вашу квартиру 6 раз по полчаса. Соответственно, пылесос работал 3 часа и потребил из электросети 3 киловатта в час. Стоимость одного киловатта в час составляет 3 рубля. Это значит, что вам необходимо заплатить 9 рублей за энергию, которую потребил ваш пылесос во время уборки квартиры. По такому же принципу подсчитываются ваши траты с другими электроприборами.

Считать мощность необходимо для следующих целей:

1. Оптимизация расходов за потребляемую электроэнергию.
2. Обеспечения вашей безопасности.
3. Оценки эффективности ваших работ.

Конечно, все эти расчёты производятся для разных видов этой физической величины. Всего их два:

1. Электрическая.
2. Механическая.

Давайте более подробно поговорим о каждом из них.

Сетевая мощность / Фактическая мощность

Встречаются два понятия — сетевая мощность и фактическая мощность, которые по сути означают одно и то же.

Разница лишь в том, что

• фактическая мощность используется для расчета резервируемой мощности, а
• сетевая мощность используется для расчета стоимости услуг по передаче электроэнергии на двухставочном тарифе.

Для общего понимания, давайте посмотрим на упрощенный пример расчета фактической мощности (пошаговый расчет по этой ссылке).

И так, берем часы пиковой нагрузки вашего региона, как правило, они попадают на интервал между 8:00 утра и 21:00 вечера.

Берем почасовое потребление предприятия за первые рабочие сутки месяца в часы пиковой нагрузки, то есть с 8:00 утра до 21:00 вечера.

Допустим максимальное потребление на вашем предприятии было с 10:00 до 11:00 и составляло150 кВт*ч.

Соответственно, сетевая мощность (фактическая мощность) за первые сутки равна 150 кВт.

Таким же образом находим сетевую мощность за каждые рабочие сутки за месяц.

Суммируем сетевую мощность за месяц и делим на количество рабочих дней месяца.

Сетевая мощность (Фактическая мощность) = сумма максимальной мощности по рабочим дням / количество рабочих дней

Какая норма на человека без счётчика?

Жилищный кодекс РФ четко прописывает такую ситуацию. На основании 4 пункта 154 статьи ЖК РФ при отсутствии прибора учета стоимость за потребленные энергоресурсы рассчитывается по нормативам потребления.

С нормативами можно ознакомиться в интернете либо узнать их в местном филиале предприятия, поставляющего электроэнергии, контролирующего ее расход и взимающего плату за свои услуги.

На сумму оплаты будет влиять несколько факторов:

• количество граждан, временно или постоянно проживающих на данной жилплощади;
• наличие льгот;
• применяемый тариф;
• наличие или отсутствие электроплиты;
• регион нахождения потребителя;
• возможность установки ИПУ с технической стороны;
• место проживания потребителя – в пределах либо вне городской черты.

Но в любом случае, установка счетчика в большинстве случаев позволит платить несколько меньше денег, чем оплачивается по нормативу, если, конечно расходовать электроэнергию экономно.

Формула для определения мощности

Первое, на что надо обратить внимание, – это паспортные данные приборов. Потребляемая мощность в ваттах может быть указана и на различных табличках, прикрепленных к устройствам

Часто показатель мощности указывается в вольтамперах (В*А). Обычно это происходит, когда потребляемая прибором энергия имеет реактивную составляющую. Тогда обозначается полная мощность электрического устройства, а она измеряется в вольтамперах.

Потребляемая мощность, указанная на электроприборе

Но не всегда эта информация доступна. Тогда на помощь приходят простая формула и измерительные приборы.

Основная формула, с помощью которой ведется расчет потребляемой мощности:

P = I * U, то есть надо перемножить напряжение и ток.

Если в паспортных данных электроприбора нет мощности, но указан ток, то ее можно узнать по этой формуле. Допустим, устройство берет ток 1 А и работает от сети 220 В. Тогда P = U * I = 1 * 220 = 220 Вт.

Энергия заряженного конденсатора

Конденсатор — двухполюсник с постоянным или переменным значением емкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Емкость конденсатора измеряется в фарадах.

Компоненты конденсаторов в виде проводников обозначают обкладками. Наиболее простым примером конденсатора является совокупность двух плоских пластин. Данные элементы способны проводить электрический ток и расположены параллельно относительно друг друга. Пластины удалены на небольшое по сравнению с их габаритами расстояние и отделены диэлектрическим материалом.

В плоском конденсаторе можно наблюдать электрическое поле:

1. Основное — в области между пластин.
2. Слабое или поле рассеяния — около краев пластин и во внешней среде.

Опытным путем было доказано, что конденсатор, обладая электрическим полем, вмещает определенный запас энергии. Для ее расчета необходимо найти сумму работы внешних сил, необходимых для питания конденсатора. Такой процесс является последовательным переносом минимальных порций заряда Δq > 0 с одном пластины на другую.

Один элемент при этом будет постепенно приобретать положительный заряд, а другой — заряжаться отрицательно. Транспортировка заряда осуществляется при условии, что пластины уже обладают неким зарядом q. Разность потенциалов между ними будет определена по формуле:

\(U=\frac{q}{C}\)

В процессе переноса некоторого заряда Δq вешние силы совершают работу, которая определяется следующим уравнением:

\(\Delta A=U\Delta q=\frac{q\Delta q}{C}\)

Энергию We конденсатора, емкость которого составляет С, а заряд равен Q, можно рассчитать с помощью интегрирования предыдущей формулы в пределах от 0 до Q:

\(W_{e}=A=\frac{Q^{2}}{2C}\)

Следует учитывать следующее условие:

\(Q=CU\)

Тогда энергия заряженного конденсатора будет переписана в другом эквивалентном уравнении:

\(W_{e}=A=\frac{Q^{2}}{2C}=\frac{CU^{2}}{2}=\frac{QU}{2}\)

Электрическая энергия \(We\) будет рассматриваться в качестве потенциальной энергии, которая находится в запасе заряженного конденсатора. Для расчета электрической энергии справедливо применять формулу, с помощью которой определяют потенциальную энергию деформированной пружины \((Ер)\):

\(E_{p}=\frac{kx^{2}}{2}=\frac{F^{2}}{2k}=\frac{Fx}{2}\)

Где k является жесткостью пружины, \(х\) — деформацией, а \(F = kx\) равно внешней силе.

Исходя из современных представлений, электрическую энергию можно наблюдать в области между пластинами конденсатора, то есть в пространстве с электрическим полем. Отсюда появилось название энергии электрического поля.

Рассмотрим трехфазную систему питания

Такие цепи, могут соединяться в звезду или в треугольник. Для удобства чтение схем и во избежание ошибок фазы принято обозначать U, V, W или  А, В, С.

Схема соединения звезда:

Схема соединения фаз в звезду

Для соединения звездой суммарное напряжение в точке N равно нулю. Мощность трехфазного тока в данном случае тоже будет постоянной величиной, в отличии от однофазного. Это значит что трехфазная система уравновешена, в отличии от однофазной, то есть мощность трехфазной сети постоянна. Мгновенно значение полной трехфазной мощности будет равно:

В данном типе соединения присутствуют два вида напряжения – фазное и линейное. Фазное – это напряжение между фазой и нулевой точкой N:

Фазное напряжение в цепи

Линейное – между фазами:

Линейное напряжение

Поэтому полная мощность трехфазной сети для такого типа соединения будет равна:

Но поскольку линейное и фазное напряжение отличаются между собой в , но считается сумма фазовых мощностей. При расчете трехфазных цепей такого типа принято пользоваться формулой:

Или:

Соответственно  для активной:

Для реактивной:

Как рассчитать энергию электрического поля через напряженность, формула

В качестве примера можно рассмотреть плоский конденсатор. Его однородное электрическое поле в этом случае будет обладать напряженностью. Данная величина определяется по формуле:

\(E=\frac{U}{d}\)

Емкость конденсатора будет рассчитываться таким образом:

\(C=\frac{\varepsilon _{0}\varepsilon S}{d}\)

Исходя из приведенных равенств, энергия электрического поля будет равна:

\(W_{e}=\frac{CU^{2}}{2}=\frac{\varepsilon _{0}\varepsilon SE^{2}d^{2}}{2d}=\frac{\varepsilon _{0}\varepsilon E^{2}}{2}V\)

Где V = Sd является объемом пространства между пластинами конденсатора, который вмещает электрическое поле.

Виды тарифов на электрическую энергию

Основными видами системы тарифов на электроэнергию являются:

• одноставочный тариф по счётчику (учитывается плата только за киловат-часы отмеченные в счетчике);
• двухставочный тариф с основной ставкой за мощность присоединённых электроприёмников (оплачиваются киловат-часы отмеченные в счетчике и суммарная мощность всех энергоприемников. Такой тариф создан для крупных промышленных предприятий, потому что их приборы имеют очень большую мощность и затраты на электрооборудование и на систему электроснабжения в ряде случаев превышает 50 % стоимости предприятия);
• двухставочный тариф с оплатой максимальной нагрузки (оплачиваются киловат-часы отмеченные в счетчике и максимальную нагрузку всех энергоприемников);
• двухставочный тариф с основной ставкой за мощность потребителя, участвующую в максимуме энергосистемы (учитывается плата за киловат-часы с дополнительной платой за мощность в часы максимальной нагрузки и в другие часы по разных ставкам);
• одноставочный тариф, дифференцированным по времени суток, дням недели, сезонам года (оплачиваются только киловат-часы отмеченные в счетчике, но ставка дифференцирована по периодам).

Базой для расчетов тарифа является Федеральный закон об использовании электроэнергии, учет потребления её в том или ином регионе и расходы на комплектующие для поставки электроэнергии к помещениям.

Чтобы понять по какому тарифу стоит оплачивать услугу нужно учесть несколько факторов:

• установлена в доме система газоснабжения;
• есть ли в доме или квартире прибор учета потребляемой электроэнергии и если есть прибор какого типа установлен;

Чтобы узнать ставку для оплаты нужно:

1. Зайти на сайт энергосбыта своего региона.
2. Выбрать вкладку тарифы.
3. Выбрать город, район, населенный пункт.
4. Из представленной таблицы выбираем нужный раздел: «В домах, оборудованных в установленном порядке стационарными электроплитами и (или) электроотопительными установками» — иными словами квартиры без газоснабжения/Для квартир и домов, оборудованных электрическими плитами/Для квартир и домов в сельских населенных пунктах».
5. Выбрать раздел с тарифным планом Вашего счетчика (без дифференциации по времени потребления, двутарифный или многотарифный счетчик).

Стоимость

Смотрим в паспорт

Первый способ — посмотреть в паспорт электроприбора. Все фабричные агрегаты снабжаются этикеткой на корпусе, инструкцией и паспортом с гарантией. В данных книжечках указывается сфера применения, условия эксплуатации, и технические данные.

Выше представлен небольшой фрагмент паспортных данных, вернее таблицы с данными модельного ряда конвекторных нагревателей. В столбце №1 указывается ток, проходящий через устройство, во втором столбце указано, сколько потребляет электроэнергии прибор при включении одного ТЭНа и двух. Вот на примере обогревателя с помощью паспорта можно запросто узнать потребляемую мощность аппарата. Аналогичным образом можно определить, сколько потребляет телевизор или даже светодиодная лампа.

Объемная плотность электрической энергии

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.

В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.

При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.

Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в ваттах, реактивная мощность измеряется в вар – вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.

Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).

Что такое активная и реактивная электроэнергия, мощность

Как найти реактивную мощность

Активное и реактивное сопротивление

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях

Активное и индуктивное сопротивление кабелей – таблица

Онлайн калькулятор расчета тока по мощности

Химические свойства

Специфика схем с конденсаторами

Когда подбирают типы включения электромашин при помощи пусковых и рабочих двухполюсников к сети 220 вольт, то выделяют следующие:

• включение в «треугольник»;
• подсоединение в «звезду».

К сведению. Какие отличия между пусковыми и рабочими двухполюсниками? «Пусковыми» называются элементы, применяемые только для запуска, а «рабочими» – используемые в работе постоянно.

В применении емкостных элементов, при подключении 3-х фазного мотора к сети 380 вольт, нет необходимости.

Схемы включения в однофазную сеть

При монтаже однофазного мотора в однофазную линию его запуск осуществляют, используя дополнительную обмотку. Такой двигатель имеет три вывода:

• от рабочей катушки;
• от дополнительной;
• общий вывод для обеих обмоток.

Когда отсутствует маркировка, катушки «прозваниваются» тестером для определения правильности подсоединения.

Тип сборки «Треугольник»

Для присоединения асинхронной трёхфазной машины в однофазную линию возможно применение соединения «треугольник». Пусковая емкость включается согласно схеме.

Тип сборки «Звезда»

Аналогичный принцип сборки цепи запуска 3-х фазного двигателя, обмотки которого соединены «звездой». Когда есть возможность самостоятельно выполнить такое соединение обмоток, то его осуществляют на клеммнике.