Мощность - формула, определение и виды величины

При работе с электрическим током важно знать, какая используется мощность. Формула её зависит от конкретных условий. 

Правильно рассчитав эту величину, можно обеспечить используемые электроприборы нужным количеством энергии.

Что такое мощность

Эта величина представляет собой количество энергии, которое расходуется в течение единицы времени. Она выражает интенсивность её траты. 

Это понятие аналогично механической мощности в физике.

Что влияет на мощность тока

На эту величину оказывает влияние сила тока, проходящего по цепи, и приложенное к ней напряжение. Правильный учёт этой величины необходим уже на этапе проектирования. 

Кабель, питающий электроприбор, должен иметь такие параметры, чтобы он мог подавать нужное количество электрической энергии для работы.

Мощность в цепи постоянного тока

При наличии постоянного тока в сети мощность представляет собой трату энергии в единицу времени. Её единицей измерения является Ватт.

В электрической сети речь идёт об энергии, которая тратится на перемещение электронов под действием электрического поля.

Мощность в цепи переменного тока

В этом случае она состоит из двух компонентов — активной и реактивной. Первая — это та, которая выделяется на активных элементах. Реактивная обеспечивается с помощью имеющихся в цепи ёмкости и индуктивности.

Реактивная энергия то концентрируется в элементе, то полностью отдаётся в сеть. По фазе она сдвинута на 90 градусов.

Общая мощность вычисляется на основе активной и реактивной по теореме Пифагора.

Расчет мощности по току и напряжению

В этом случае она равна произведению подведённого напряжения U и силы тока I, проходящей через цепь. В таких схемах присутствуют только активные элементы. Они носят название активных.

Формула полезной мощности выражается следующим образом:

P = I ∗ U

Однако иногда требуется выполнить определение этой величины на основании сопротивления и напряжения. В этом случае после применения закона Ома формула примет такой вид:

P = U² / R 

Если нужно выразить рассматриваемую величину через I и R, то можно записать формулу так:

P = I² ∗ R

При рассмотрении мощности переменного тока рассматривается несколько разновидностей этой величины:

1. Мгновенная мощность характеризует значение этой характеристики на протяжении очень короткого периода времени. Поскольку постоянно происходит изменение силы тока и напряжения, то эта величина будет постоянно изменяться, её формула выглядит следующим образом:

Здесь используются мгновенные значения I и U. Символ «омега» - это круговая частота переменного тока, а «фи» - сдвиг по фазе;

2. Активная мощность показывает потерю энергии, связанную только с активными элементами. Для неё применяется такая формула:

3. Реактивная мощность возникает при наличии индуктивности или ёмкости. Такие элементы то накапливают энергию, то полностью отдают её в цепь. Формула для её расчета выглядит следующим образом:

Полная мощность электрической цепи переменного тока находится на основе значений активной и реактивной величины. Их изображают графически под прямым углом. 

Если построить с их помощью прямоугольник, то длина его диагонали будет представлять полную мощность. Её можно найти с использованием теоремы Пифагора:

Однофазные нагрузки

В этом случае P вычисляют по такой формуле:

Расчет мощности в трехфазной сети

Для трехфазной сети рассматриваемая величина является суммой трёх слагаемых:

Баланс мощностей в электрической цепи

В любой электрической цепи должен быть обеспечен баланс мощностей электричества. При этом потребляемая должна соответствовать той, которая вырабатывается источником тока. При этом в цепи может быть несколько источников тока для потребляемой мощности.

Сказанное можно проиллюстрировать на следующем примере.

На схеме присутствуют два источника тока и четыре активных элемента в виде резисторов. В левой части употреблён минус из-за того, что направление электродвижущей силы не совпадает с тем, которое у тока.