Обозначение в физике ватт: Что такое Ватт? Разница между понятием киловатт и киловатт-час.

Содержание

Мощность в физике — обозначение, формулы и примеры

Определение мощности

Допустим, нам необходимо убрать урожай пшеницы с поля площадью 100 га. Это можно сделать вручную или с помощью комбайна. Очевидно, что пока человек обработает 1 га площади, комбайн успеет сделать намного больше. В данном случае разница между человеком и техникой — именно то, что называют мощностью. Отсюда вытекает первое определение.

Мощность в физике — это количество работы, которая совершается за единицу времени.

Рассмотрим другой пример: между точкой А и точкой Б расстояние 15 км, которое человек проходит за 3 часа, а автомобиль может проехать всего за 10 минут. Понятно, что одно и то же количество работы они сделают за разное время. Что показывает мощность в данном случае? Как быстро или с какой скоростью выполняется некая работа.

В электромеханике данная величина тоже связана со скоростью, а конкретно — с тем, как быстро передается ток по участку цепи.

Исходя из этого, мы можем рассмотреть еще одно определение.

Мощность — это скалярная физическая величина, которая характеризует скорость передачи энергии от системы к системе или скорость преобразования, изменения, потребления энергии.

Напомним, что скалярными величинами называются те, значение которых выражается только числом (без вектора направления).

Мощность человека в зависимости от деятельности

Вид деятельности

Мощность, Вт

Неспешная ходьба

60–65

Бег со скоростью 9 км/ч

750

Плавание со скоростью 50 м/мин

850

Игра в футбол

930

Как обозначается мощность: единицы измерения

В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.

Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.

В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.

Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.

В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.

Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр.

Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. 🐴

Единицы измерения

Вт

1 ватт

1

1 киловатт

103

1 мегаватт

106

1 эрг в секунду

10-7

1 метрическая лошадиная сила

735,5

Все формулы мощности

Зная определения, несложно понять формулы мощности, используемые в разных разделах физики — в механике и электротехнике.

В механике

Механическая мощность (N) равна отношению работы ко времени, за которое она была выполнена.

Основная формула:

N = A / t, где A — работа, t — время ее выполнения.

Если вспомнить, что работой называется произведение модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними, мы получим формулу измерения работы.

Если направления модуля приложения силы и модуля перемещения объекта совпадают, угол будет равен 0 градусов, а его косинус равен 1. В таком случае формулу можно упростить:

A = F × S

Используем эту формулу для вычисления мощности:

N = A / t = F × S / t = F × V

В последнем выражении мы исходим из того, что скорость (V) равна отношению перемещения объекта на время, за которое это перемещение произошло.

В электротехнике

В общем случае электрическая мощность (P) говорит о скорости передачи энергии. Она равна произведению напряжения на участке цепи на величину тока, проходящего по этому участку.

P = I × U, где I — напряжение, U — сила тока.

В электротехнике существует несколько видов мощности: активная, реактивная, полная, пиковая и т. д. Но это тема отдельного материала, сейчас же мы потренируемся решать задачи на основе общего понимания этой величины. Посмотрим, как найти мощность, используя вышеуказанные формулы по физике.

Задача 1

Допустим, человек поднимает ведро воды из колодца, прикладывая силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а время, необходимое для поднятия — 30 сек. Какова будет мощность в этом случае?

Решение:

Найдем вначале величину работы, используя тот факт, что мы знаем расстояние перемещения (глубину колодца 10 м) и приложенную силу 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Когда известно значение работы и времени, найти мощность несложно:

N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

Ответ: человек развивает мощность 20 ватт.

Задача 2

В комнате включена лампа мощностью 100 Вт. Напряжение домашней электросети — 220 В. Какая сила тока пройдет через эту лампу?

Решение:

Мы знаем, что Р = 100 Вт, а U = 220 В.

Поскольку P = I × U, следовательно I = P / U.

I = 100 / 220 = 0,45 А.

Ответ: через лампу пройдет сила тока 0,45 А.

Вопросы для самопроверки

  1. Что характеризует механическая мощность?

  2. Какие существуют единицы измерения мощности в физике?

  3. Какая из единиц измерения считается устаревшей?

  4. Мощность можно назвать скалярной величиной? Что это означает?

  5. Как из формулы нахождения мощности получить работу?

  6. Какой буквой обозначается мощность в механике, а какой — в электротехнике?

  7. Какую работу производит за 30 минут устройство мощностью 600 Вт?

  8. Как узнать напряжение в сети, если мы знаем мощность подключенного к ней прибора и силу тока, проходящую через прибор?

  9. Если в течение 1 часа автомобиль №1 едет со скоростью 60 км/ч, а автомобиль №2 — со скоростью 90 км/ч, одинаковую ли мощность они развивают в это время?

  10. Допустим, автобус отвез пассажиров из города А в город В за 1 час. Если он планирует вернуться в город А пустым по той же трассе и потратить на это 1 час, ему понадобится развить такую же мощность или меньшую?

Лошадиная сила

Лошадиная сила

Лошадиная сила

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Лошади́ная си́ла (л. с.) — единица измерения мощности. Учёные очень редко пользуются этой единицей из-за её неоднозначного определения, но несмотря на это, она получила широкое распространение, особенно в автомобильной индустрии.

Стандартной единицей системы СИ для измерения мощности является ватт.

Лошадиная сила впервые предложена Джеймсом Уаттом, оценивающим мощность своих паровых двигателей. Предполагалось, что лошадь может поднимать в среднем 33 000 фунт-футов в минуту (например, 330 фунтов (150 кг) со скоростью 100 футов (30 м) в минуту), что равняется 745,69987158227022 Вт. Эту единицу до сих пор применяют в англоязычных странах (обозначение HP).

В большинстве европейских стран, в том числе в России, лошадиная сила определяется как 75 кгс·м/с, что составляет ровно 735,49875 Вт (иногда это называют «метрическая лошадиная сила»; обозначение PS (нем.), CV (фр.), pk (нид.)).

Существуют и другие определения лошадиной силы. 

Как появилась «лошадиная сила»

Всем известна устаревшая единица мощности «лошадиная сила», которую сейчас заменила стандартная единица системы СИ – ватт. Однако до сих пор ее широко применяют, например, в автомобильной индустрии. Ученые же редко используют эту единицу из-за ее неоднозначного толкования.

Так что же такое «лошадиная сила»? В справочниках по физике указано, что лошадиная сила равна 75 кгс•м/с, что составляет ровно 735,49875 Вт. Чтобы представить себе, когда лошадь развивает такую мощность, нужно обратиться к истории возникновения этой единицы.

«Лошадиную силу» впервые предложил Джеймс Уатт, изобретатель парового двигателя. Свое изобретение он предлагал использовать для выкачивания воды из шахты. Но как объяснить прижимистым шахтовладельцам, что им предлагают купить и в чем преимущества этого нового приспособления? И вот для того чтобы оценить мощность новых двигателей, предприняли следующее. Запрягли лошадь в обычный водоподъемный насос, работающий на конной тяге, и посмотрели, сколько она поднимет за день воды. Затем присоединили к этому же насосу паровой двигатель и посмотрели, какой результат получится за день его работы. Поделили второе количество на первое и на этих цифрах объяснили шахтовладельцам, что насос заменяет N-ное число лошадей. Полученная в результате первого эксперимента мощность стала мерилом и получила название «лошадиная сила».

На самом деле мощность, которую средняя лошадь способна развивать сколько-нибудь долгое время, меньше полученной Уаттом величины. Или погонщик работал очень хорошо, или лошадь попалась очень «натренированная». Конечно, лошади бывают разные и невозможно ожидать, что и тяжеловоз и арабский скакун разовьют одинаковую мощность. И все же, когда лошадь создает такую мощность? На этот вопрос в журнале «American scientist» один из авторов предложил следующий вариант: мощность в одну лошадиную силу развивает лошадь массой 750 килограммов, перепрыгивающая через препятствие шириной и высотой в 183 сантиметра.

Анекдот в тему:
— Что такое одна лошадиная сила?
— Это сила одной лошади высотой один метp и весом один килогpамм.
— Позвольте, да где же вы видели такую лошадь?
— Ее трудно увидеть. Она хpанится в палате меp и весов под Паpижем!

{jcomments on} 

мегаватт [МВт] в ватт [Вт] • Конвертер мощности • Популярные конвертеры единиц • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Мощность этого локомотива GO Train MP40PH-3C (Канада) равна 4000 лошадиных сил или 3000 киловатт. Он способен тянуть поезд из 12 вагонов с 1800 пассажирами

Общие сведения

В физике мощность — это отношение работы ко времени, в течении которого она выполняется. Механическая работа — это количественная характеристика действия силы F на тело, в результате которого оно перемещается на расстояние s. Мощность можно также определить как скорость передачи энергии. Другими словами, мощность — показатель работоспособности машины. Измерив мощность, можно понять в каком количестве и с какой скоростью выполняется работа.

2 лошадиные силы или 1,5 киловатта и 20 пассажиров

Единицы мощности

Мощность измеряют в джоулях в секунду, или ваттах. Наряду с ваттами используются также лошадиные силы. До изобретения паровой машины мощность двигателей не измеряли, и, соответственно, не было общепринятых единиц мощности. Когда паровую машину начали использовать в шахтах, инженер и изобретатель Джеймс Уатт занялся ее усовершенствованием. Для того чтобы доказать, что его усовершенствования сделали паровую машину более производительной, он сравнил ее мощность с работоспособностью лошадей, так как лошади использовались людьми на протяжении долгих лет, и многие легко могли представить, сколько работы может выполнить лошадь за определенное количество времени. К тому же, не во всех шахтах применялись паровые машины. На тех, где их использовали, Уатт сравнивал мощность старой и новой моделей паровой машины с мощностью одной лошади, то есть, с одной лошадиной силой. Уатт определил эту величину экспериментально, наблюдая за работой тягловых лошадей на мельнице. Согласно его измерениям одна лошадиная сила — 746 ватт. Сейчас считается, что эта цифра преувеличена, и лошадь не может долго работать в таком режиме, но единицу изменять не стали. Мощность можно использовать как показатель производительности, так как при увеличении мощности увеличивается количество выполненной работы за единицу времени. Многие поняли, что удобно иметь стандартизированную единицу мощности, поэтому лошадиная сила стала очень популярна. Ее начали использовать и при измерении мощности других устройств, особенно транспорта. Несмотря на то, что ватты используются почти также долго, как лошадиные силы, в автомобильной промышленности чаще применяются лошадиные силы, и многим покупателям понятнее, когда именно в этих единицах указана мощность автомобильного двигателя.

Лампа накаливания мощностью 60 ватт

Мощность бытовых электроприборов

На бытовых электроприборах обычно указана мощность. Некоторые светильники ограничивают мощность лампочек, которые в них можно использовать, например не более 60 ватт. Это сделано потому, что лампы более высокой мощности выделяют много тепла и светильник с патроном могут быть повреждены. Да и сама лампа при высокой температуре в светильнике прослужит недолго. В основном это проблема с лампами накаливания. Светодиодные, люминесцентные и другие лампы обычно работают с меньшей мощностью при одинаковой яркости и, если они используются в светильниках, предназначенных для ламп накаливания, проблем с мощностью не возникает.

Чем больше мощность электроприбора, тем выше потребление энергии, и стоимости использования прибора. Поэтому производители постоянно улучшают электроприборы и лампы. Световой поток ламп, измеряемый в люменах, зависит от мощности, но также и от вида ламп. Чем больше световой поток лампы, тем ярче выглядит ее свет. Для людей важна именно высокая яркость, а не потребляемая ламой мощность, поэтому в последнее время альтернативы лампам накаливания пользуются все большей популярностью. Ниже приведены примеры видов ламп, их мощности и создаваемый ими световой поток.

  • 450 люменов:
    • Лампа накаливания: 40 ватт
    • Компактная люминесцентная лампа: 9–13 ватт
    • Светодиодная лампа: 4–9 ватт
  • 800 люменов:
  • Люминесцентные лампы мощностью 12 и 7 Вт

    • Лампа накаливания: 60 ватт
    • Компактная люминесцентная лампа: 13–15 ватт
    • Светодиодная лампа: 10–15 ватт
  • 1600 люменов:
    • Лампа накаливания: 100 ватт
    • Компактная люминесцентная лампа: 23–30 ватт
    • Светодиодная лампа: 16–20 ватт

    Из этих примеров очевидно, что при одном и том же создаваемом световом потоке светодиодные лампы потребляют меньше всего электроэнергии и более экономны, по сравнению с лампами накаливания. На момент написания этой статьи (2013 год) цена светодиодных ламп во много раз превышает цену ламп накаливания. Несмотря на это, в некоторых странах запретили или собираются запретить продажу ламп накаливания из-за их высокой мощности.

    Мощность бытовых электроприборов может отличаться в зависимости от производителя, и не всегда одинакова во время работы прибора. Внизу приведены примерные мощности некоторых бытовых приборов.

    Матрица светодиодов 5050. Мощность одного такого светодиода примерно равна 200 миливаттам

    • Бытовые кондиционеры для охлаждения жилого дома, сплит-система: 20–40 киловатт
    • Моноблочные оконные кондиционеры: 1–2 киловатта
    • Духовые шкафы: 2.1–3.6 киловатта
    • Стиральные машины и сушки: 2–3.5 киловатта
    • Посудомоечные машины:1.8–2.3 киловатта
    • Электрические чайники: 1–2 киловатта
    • Микроволновые печи:0.65–1.2 киловатта
    • Холодильники: 0.25–1 киловатт
    • Тостеры: 0.7–0.9 киловатта

    Мощность в спорте

    Оценивать работу с помощью мощности можно не только для машин, но и для людей и животных. Например, мощность, с которой баскетболистка бросает мяч, вычисляется с помощью измерения силы, которую она прикладывает к мячу, расстояния которое пролетел мяч, и времени, в течение которого эта сила была применена. Существуют сайты, позволяющие вычислить работу и мощность во время физических упражнений. Пользователь выбирает вид упражнений, вводит рост, вес, длительность упражнений, после чего программа рассчитывает мощность. Например, согласно одному из таких калькуляторов, мощность человека ростом 170 сантиметров и весом в 70 килограмм, который сделал 50 отжиманий за 10 минут, равна 39.5 ватта. Спортсмены иногда используют устройства для определения мощности, с которой работают мышцы во время физической нагрузки. Такая информация помогает определить, насколько эффективна выбранная ими программа упражнений.

    Динамометры

    Для измерения мощности используют специальные устройства — динамометры. Ими также можно измерять вращающий момент и силу. Динамометры используют в разных отраслях промышленности, от техники до медицины. К примеру, с их помощью можно определить мощность автомобильного двигателя. Для измерения мощности автомобилей используется несколько основных видов динамометров. Для того, чтобы определить мощность двигателя с помощью одних динамометров, необходимо извлечь двигатель из машины и присоединить его к динамометру. В других динамометрах усилие для измерения передается непосредственно с колеса автомобиля. В этом случае двигатель автомобиля через трансмиссию приводит в движение колеса, которые, в свою очередь, вращают валики динамометра, измеряющего мощность двигателя при различных дорожных условиях.

    Этот динамометр измеряет крутящий момент, а также мощность силового агрегата автомобиля

    Динамометры также используют в спорте и в медицине. Самый распространенный вид динамометров для этих целей — изокинетический. Обычно это спортивный тренажер с датчиками, подключенный к компьютеру. Эти датчики измеряют силу и мощность всего тела или отдельных групп мышц. Динамометр можно запрограммировать выдавать сигналы и предупреждения если мощность превысила определенное значение. Это особенно важно людям с травмами во время реабилитационного периода, когда необходимо не перегружать организм.

    Согласно некоторым положениям теории спорта, наибольшее спортивное развитие происходит при определенной нагрузке, индивидуальной для каждого спортсмена. Если нагрузка недостаточно тяжелая, спортсмен привыкает к ней и не развивает свои способности. Если, наоборот, она слишком тяжелая, то результаты ухудшаются из-за перегрузки организма. Физическая нагрузка во время некоторых упражнений, таких как велосипедный спорт или плавание, зависит от многих факторов окружающей среды, таких как состояние дороги или ветер. Такую нагрузку трудно измерить, однако можно выяснить с какой мощностью организм противодействует этой нагрузке, после чего изменять схему упражнений, в зависимости от желаемой нагрузки.

    Литература

    Автор статьи: Kateryna Yuri

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Ампер обозначение в физике. Величины ватт, вольт и ампер

Современному комфорту нашей жизни мы обязаны именно электрическому току. Он освещает наши жилища, генерируя излучение в видимом диапазоне световых волн, готовит и подогревает пищу в разнообразных устройствах вроде электроплиток, микроволновых печей, тостеров, избавляя нас от необходимости поиска топлива для костра. Благодаря ему мы быстро перемещаемся в горизонтальной плоскости в электричках, метро и поездах, перемещаемся в вертикальной плоскости на эскалаторах и в кабинах лифтов. Теплу и комфорту в наших жилищах мы обязаны именно электрическому току, который течёт в кондиционерах, вентиляторах и электрообогревателях. Разнообразные электрические машины, приводимые в действие электрическим током, облегчают наш труд, как в быту, так и на производстве. Воистину мы живём в электрическом веке, поскольку именно благодаря электрическому току работают наши компьютеры и смартфоны, Интернет и телевидение, и другие умные электронные устройства. Недаром человечество столько усилий прилагает для выработки электричества на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях — электричество само по себе является самой удобной формой энергии.

Прожекторы, используемые в легких домах, улучшили навигацию в опасных прибрежных водах. Неудивительно, что военно-морской флот также был в восторге от адаптации технологий, обеспечивающих беспроводную передачу информации. Большой размер ранних передающих устройств не был проблемой для военно-морского флота, потому что у их кораблей было достаточно места для размещения этих удобных, но порой больших машин.

Электрические машины использовались для упрощения загрузки пушек на борту кораблей, в то время как силовые электрические машины использовались для вращения орудийных башенок и повышения точности и эффективности пушек. Телеграф для заказа двигателей позволил экипажу общаться и повысить эффективность, что дало значительное преимущество в битве.

Как бы это парадоксально не звучало, но идеи практического использования электрического тока одними из первых взяла на вооружение самая консервативная часть общества — флотские офицеры. Понятно, пробиться наверх в этой закрытой касте было сложным делом, трудно было доказать адмиралам, начинавшим юнгами на парусном флоте, необходимость перехода на цельнометаллические корабли с паровыми двигателями, поэтому младшие офицеры всегда делали ставку на нововведения. Именно успех применения брандеров во время русско-турецкой войны в 1770 году, решившими исход сражения в Чесменской бухте, поставил вопрос о защите портов не только береговыми батареями, но и более современными на тот день средствами защиты — минными заграждениями.

Одним из самых ужасающих видов использования электрического тока в военно-морском сражении было использование Третьим рейхом подводных лодок. Подводные лодки Гитлера, которые действовали с использованием тактики Вольфпака, затопили многие транспортные конвои союзников.

Союзники перехватили радиосвязь с немецким адмиралом Карлом Дёниццем, и с этой информацией удалось использовать приморские воздушные силы, чтобы заглушить Волкодав и вернуть его на берег Норвегии, Германии и Дании. Однако быстрое продвижение союзников на Западном и Восточном фронтах помешало ему это сделать.

Разработка подводных мин различных систем велась с начала 19-го века, наиболее удачными конструкциями стали автономные мины, приводимые в действие электричеством. В 70-х гг. 19-го века немецким физиком Генрихом Герцем было изобретено устройство для электрической детонации якорных мин с глубиной постановки до 40 м. Её модификации знакомы нам по историческим фильмам на военно-морскую тематику — это печально известная «рогатая» мина, в которой свинцовый «рог», содержащий ампулу, наполненную электролитом, сминался при контакте с корпусом судна, в результате чего начинала работать простейшая батарея, энергии которой было достаточно для детонации мины.

Они оснащены ядерными реакторами, которые сочетают в себе технологии 19-го века на основе пара, технологии 20-го века, основанные на электроэнергии, и ядерные технологии 21-го века. Системы выработки энергии атомных подводных лодок генерируют достаточную электроэнергию для удовлетворения энергетических потребностей большого города. В дополнение к использованию электроэнергии, о котором мы уже говорили, недавно военно-морской флот начал рассматривать другие применения электроэнергии, такие как использование рельсотрона.

Железнодорожная пушка — это электрическая пушка, в которой используются снаряды с кинетической энергией, которые обладают огромным потенциалом для разрушения. С развитием надежных источников энергии для постоянного тока, такого как вольтовая куча, созданная итальянским физиком Алессандро Вольта, многие видные ученые по всему миру начали изучать свойства электрического тока и вызванные им физические явления, а также его практические использует в науке и технике. «Звездный список» ученых включает Георга Ома, который получил Закон Ома, чтобы описать поведение электрического тока в базовой электрической цепи; немецкий физик Густав Кирхгоф, который разработал расчеты для более сложных электрических цепей; и французский физик Андре Мари Ампер, который обнаружил закон, описывающий свойства в замкнутом контуре, на котором действует магнитное поле, и проходящий через него электрический ток.

Моряки первыми оценили потенциал тогда ещё несовершенных мощных источников света — модификаций свечей Яблочкова, у которых источником света служила электрическая дуга и светящийся раскалённый положительный угольный электрод — для использования в целях сигнализации и освещения поля боя. Использование прожекторов давало подавляющее преимущество стороне, применивших их в ночных сражениях или просто использующих их как средство сигнализации для передачи информации и координации действий морских соединений. А оснащённые мощными прожекторами маяки упрощали навигацию в прибрежных опасных водах.

Этот закон известен теперь как закон Циркона Ампера. Независимая работа английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и русского ученого Генриха Ленца завершилась открытием закона джоулева нагрева, который количественно оценивает тепловой эффект электрического тока.

В работах Джеймса Клерка Максвелла основное внимание уделялось дальнейшему исследованию свойств электрического тока и созданию основы современной электродинамики. Теперь эти работы известны как уравнения Максвелла. Максвелл также разработал теорию электромагнитного излучения и предсказал многие явления, такие как электромагнитные волны, радиационное давление и др. Позже существование электромагнитных волн экспериментально подтвердило немецкий физик Генрих Рудольф Герц. Его работы по отражению, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн использовались при создании радио.

Не удивительно, что именно флот принял на ура способы беспроводной передачи информации — моряков не смущали большие размеры первых радиостанций, поскольку помещения кораблей позволяли разместить столь совершенные, хотя на тот момент и весьма громоздкие, устройства связи.

Несколько экспериментальных работ французских физиков Жана-Батиста Бита и Феликса Савара о проявлении магнетизма при наличии электрического тока, обобщенных в законе Био-Савара, и исследование блестящего французского математика Пьера-Симона Лапласа, которое обобщило экспериментальные результаты выше как математическая абстракция, впервые установили связь между двумя сторонами одного явления и породили исследование электромагнетизма. Современная электротехника построена на работе Фарадея. Он разработал классическую теорию электронов и предположил, что атомы состоят из меньших заряженных частиц, и этот свет является результатом колебаний этих частиц.

Электрические машины помогали упростить заряжание корабельных пушек, а электрические силовые агрегаты поворота орудийных башен повышали маневренность нанесения пушечных ударов. Команды, передаваемые по корабельному телеграфу, повышали оперативность взаимодействия всей команды, что давало немалое преимущество в боевых столкновениях.

Он также получил уравнение для описания силы, действующей на движущийся заряд изнутри электромагнитного поля. Учитывая это определение, электрический ток измеряется числом заряженных частиц, которые проходят через поперечное сечение проводника в течение заданной единицы времени. Электрический ток измеряется в амперах и единицах, полученных из них, таких как наноамперы, микроамперы, миллиамперы, килоамперы и мегаамперы.

Уникальным примером различных состояний вещества является двуокись водорода или оксид водорода, известный нам просто как вода. Мы можем видеть это как твердое тело, глядя на лед из морозильника, который мы приготовили для охлаждения напитков — большинство из них основано на воде.

Самым ужасающим применением электрического тока в истории флота было использование рейдерских дизель-электрических подлодок класса U Третьим Рейхом. Субмарины «Волчьей стаи» Гитлера потопили много судов транспортного флота союзников — достаточно вспомнить о печальной судьбе конвоя PQ-17.


Если бы мы ждали, пока вода закипит, прежде чем мы выливаем ее в чайник, мы увидим «туман», выходящий из носика чайника — этот туман состоит из капель воды, образовавшихся из газообразного состояния воды, которое выходит носа и вступает в контакт с холодным воздухом. Существует также другое состояние вещества, известное как плазма. Низкотемпературная плазма образует верхние слои звезд, ионосферу Земли, пламя, электрическую дугу и вещество внутри люминесцентных ламп, чтобы назвать несколько примеров.

На основе их структуры твердые материалы могут быть далее разделены на кристаллические и аморфные. Атомы и молекулы такого вещества создают двух — или трехмерные кристаллические решетки. Мы можем легко визуализировать кристаллические твердые тела, представляя снежинки, которые являются кристаллами уникальной формы. В нормальных условиях электрический ток течет через твердые частицы благодаря движению свободных электронов, которые не отсоединяются в результате отделения валентных электронов от атома.

Британским морякам удалось добыть несколько экземпляров шифровальных машин «Энигма» (Загадка), а британская разведка успешно расшифровала её код. Один из выдающихся ученых, который над этим работал — Алан Тьюринг, известный своим вкладом в основы информатики. Получив доступ к радиодепешам адмирала Дёница, союзный флот и береговая авиация смогли загнать «Волчью стаю» обратно к берегам Норвегии, Германии и Дании, поэтому операции с применением подлодок с 1943 года были ограничены краткосрочными рейдами.

Мы также можем разделить твердые тела на природу потока электроэнергии внутри них на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов определяются на основе дискретной электронной зонной структуры. Это зависит от ширины запрещенной зоны, где нет электронов. Изоляторы имеют самый широкий запрет на разрыв, который иногда может достигать 15 эВ. Изоляторы и полупроводники не имеют электронов в промежутке проводимости при температуре абсолютного нуля, но при комнатной температуре были бы некоторые электроны, удаленные из валентных зон из-за тепловой энергии.

Гитлер планировал оснастить свои подлодки ракетами Фау-2 для атак на восточное побережье США. К счастью, стремительные атаки союзников на Западном и Восточном фронтах не позволили этим планам осуществиться.

Современный флот немыслим без авианосцев и атомных подводных лодок, энергонезависимость которых обеспечивается атомными реакторами, удачно сочетающими в себе технологии 19-го века пара, технологии 20-го века электричества, и атомные технологии 21-го века. Реакторы атомоходов генерируют электрический ток в количестве, достаточном для обеспечения жизнедеятельности целого города.

Вот почему даже при абсолютном нуле есть большое количество электронов, и это все еще верно, когда температуры повышаются до температуры плавления. Эти электроны позволяют проводить электрический ток через материал. Полупроводники имеют небольшие полосовые разрывы, и их способность проводить электричество во многом зависит от температуры, излучения и других факторов, таких как наличие легирующих примесей. Электроны проводимости этих материалов образуют группы частиц, которые связаны друг с другом из-за квантовых эффектов.

Как следует из их названия, изоляторы не хорошо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения потока электрического тока между проводящими поверхностями разных материалов. В дополнение к электрическому току, проходящему через проводники, когда магнитное поле является постоянным, когда магнитное поле является переменным, его изменения вызывают явление, известное как вихревые токи, которые также называются токами Фуко. Они не текут по определенному маршруту, но вместо этого они текут в замкнутых контурах в проводнике.

Помимо этого, моряки вновь обратили своё внимание на электричество и апробируют применение рельсотронов — электрических пушек для стрельбы кинетическими снарядами, имеющими огромную разрушительную силу.

Историческая справка

С появлением надёжных электрохимических источников постоянного тока, разработанных итальянским физиком Алессандро Вольта, целая плеяда замечательных учёных из разных стран занялись исследованием явлений, связанных с электрическим током, и разработкой его практического применения во многих областях науки и техники. Достаточно вспомнить немецкого учёного Георга Ома, сформулировавшего закон протекания тока для элементарной электрической цепи; немецкого физика Густава Роберта Кирхгофа, разработавшего методы расчёта сложных электрических цепей; французского физика Андре Мари Ампера, открывшего закон взаимодействия для постоянных электрических токов. Работы английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и российского учёного Эмиля Христиановича Ленца, привели, независимо друг от друга, к открытию закона количественной оценки теплового действия электрического тока.

Вихревые токи вызывают эффект кожи, который представляет собой тенденцию к переменному электрическому току и потоку магнитного потока в основном вдоль поверхностного слоя проводника, что приводит к потере энергии. Для уменьшения этих потерь вихревых токов в трансформаторных сердечниках их магнитные цепи делятся. Это делается путем укладки слоев тонких стальных изолированных пластин, которые образуют сердечник трансформатора.

Все жидкости могут в определенной степени проводить электрический ток, когда к ним прикладывается электрическое напряжение. Электрический ток переносится положительно и отрицательно заряженными ионами, известными соответственно как катионы и анионы, которые присутствуют в жидкости из-за электролитической диссоциации. В электролитах ток течет из-за движения ионов по сравнению с током, создаваемым за счет движения электронов в металлах.

Дальнейшим развитием исследования свойств электрического тока были работы британского физика Джеймса Кларка Максвелла, заложившего основы современной электродинамики, которые ныне известны как уравнения Максвелла. Также Максвелл разработал электромагнитную теорию света, предсказав многие явления (электромагнитные волны, давление электромагнитного излучения). Позднее немецкий учёный Генрих Рудольф Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн; его работы по исследованию отражения, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн легли в основу создания радио.

Этот ток в электролитах характеризуется перемещением вещества на электроды и образованием новых химических элементов вокруг электродов или осаждением этих новых веществ на электрод. Это явление было основой электрохимии, и это позволяет нам количественно оценивать эквивалентный вес различных химических веществ. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило нам создать химические источники энергии в виде первичных и перезаряжаемых батарей и топливных элементов.

Просто взглянув под капот вашего автомобиля и изучив автомобильную батарею, вы сможете увидеть результаты десятилетий работы исследователей и инженеров. Многие промышленные процессы, зависящие от потока электрического тока в электролитах, могут дать привлекательный результат для конечного продукта и защитить объекты от коррозии. Электроосаждение и электролистинг являются фундаментальными процессами в современной электротехнике при создании различных электронных компонентов. Эти процессы широко используются, например, в микрообработке, а количество электронных компонентов, полученных с использованием этих технологий, достигает десятков миллиардов в год.

Работы французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара, экспериментально открывшими проявления магнетизма при протекании постоянного тока, и замечательного французского математика Пьера-Симона Лапласа, обобщившего их результаты в виде математической закономерности, впервые связали две стороны одного явления, положив начало электромагнетизму. Эстафету от этих учёных принял гениальный британский физик Майкл Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции и положивший начало современной электротехнике.

Поток электрического тока в газах зависит от количества свободных электронов и ионов в нем. Из-за большего разделения между частицами газа по сравнению с жидкостями и твердыми веществами молекулы и ионы в газах обычно движутся на большие расстояния до столкновения. В связи с этим труд электричества в газах при нормальных условиях затруднен. То же самое касается смесей газов. В обычных условиях многие другие смеси газов также являются хорошими изоляторами. Поток электроэнергии в газах зависит от различных физических факторов, таких как давление, температура и компоненты, которые составляют эту смесь.

Огромный вклад в объяснение природы электрического тока внёс нидерландский физик-теоретик Хендрик Антон Лоренц, создавший классическую электронную теорию и получивший выражение для силы, действующей на движущийся заряд со стороны электромагнитного поля.

Электрический ток. Определения

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. В силу этого ток определяется как количество зарядов, прошедшее через сечение проводника в единицу времени:

I = q / t где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, I — ток в амперах

Другое определение электрического тока связано со свойствами проводников и описывается законом Ома:

I = U/R где U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах, I — ток в амперах

Электрический ток измеряется в амперах (А) и его десятичных кратных и дольных единицах — наноамперах (миллиардная доля ампера, нА), микроамперах (миллионная доля ампера, мкА), миллиамперах (тысячная доля ампера, мА), килоамперах (тысячах ампер, кА) и мегаамперах (миллионах ампер, МА).

Размерность тока в системе СИ определяется как

[А] = [Кл] / [сек]

Особенности протекания электрического тока в различных средах. Физика явлений

Электрический ток в твердых телах: металлах, полупроводниках и диэлектриках

При рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока — элементарных зарядов — характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным. Уникальным примером таких состояний, наблюдаемых в обычных условиях, могут служить состояния дигидрогена монооксида, или, иначе, гидроксида водорода, а попросту — обыкновенной воды. Мы наблюдаем её твердую фазу, доставая кусочки льда из морозильника для охлаждения напитков, основой для большей части которых является вода в жидком состоянии. А при заварке чая или растворимого кофе мы заливаем его кипятком, причём готовность последнего контролируется появлением тумана, состоящего из капелек воды, которая конденсируется в холодном воздухе из газообразного водяного пара, выходящего из носика чайника.

Существует также четвёртое состояние вещества, называемое плазмой, из которой состоят верхние слои звёзд, ионосфера Земли, пламя, электрическая дуга и вещество в люминесцентных лампах. Высокотемпературная плазма с трудом воспроизводится в условиях земных лабораторий, поскольку требует очень высоких температур — более 1 000 000 K.

С точки зрения структуры твёрдые тела подразделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллические вещества имеют упорядоченную геометрическую структуру; атомы или молекулы такого вещества образуют своеобразные объёмные или плоские решётки; к кристаллическим материалам относятся металлы, их сплавы и полупроводники. Та же вода в виде снежинок (кристаллов разнообразных не повторяющих форм) прекрасно иллюстрирует представление о кристаллических веществах. Аморфные вещества кристаллической решётки не имеют; такое строение характерно для диэлектриков.

В обычных условиях ток в твёрдых материалах протекает за счёт перемещения свободных электронов, образующихся из валентных электронов атомов. С точки зрения поведения материалов при пропускании через них электрического тока, последние подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов, согласно зонной теории проводимости, определяются шириной запрещённой зоны, в которой не могут находиться электроны. Изоляторы имеют самую широкую запрещённую зону, иногда достигающую 15 эВ. При температуре абсолютного нуля у изоляторов и полупроводников электронов в зоне проводимости нет, но при комнатной температуре в ней уже будет некоторое количество электронов, выбитых из валентной зоны за счет тепловой энергии. В проводниках (металлах) зона проводимости и валентная зона перекрываются, поэтому при температуре абсолютного нуля имеется достаточно большое количество электронов — проводников тока, что сохраняется и при более высоких температурах материалов, вплоть до их полного расплавления. Полупроводники имеют небольшие запрещённые зоны, и их способность проводить электрический ток сильно зависит от температуры, радиации и других факторов, а также от наличия примесей.

Отдельным случаем считается протекание электрического тока через так называемые сверхпроводники — материалы, имеющие нулевое сопротивление протеканию тока. Электроны проводимости таких материалов образуют ансамбли частиц, связанные между собой за счёт квантовых эффектов.

Изоляторы, как следует из их названия, крайне плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания тока между проводящими поверхностями различных материалов.

Помимо существования токов в проводниках при неизменном магнитном поле, при наличии переменного тока и связанного с ним переменного магнитного поля возникают эффекты, связанные с его изменением или так называемые «вихревые» токи, иначе называемые токами Фуко. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи, которые не текут по определённым путям в проводах, а, замыкаясь в проводнике, образуют вихревые контуры.

Вихревые токи проявляют скин-эффект, сводящийся к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника, что приводит к потерям энергии. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют разделение магнитопроводов переменного тока на отдельные, электрически изолированные, пластины.

Электрический ток в жидкостях (электролитах)

Все жидкости, в той или иной мере, способны проводить электрический ток при приложении электрического напряжения. Такие жидкости называются электролитами. Носителями тока в них являются положительно и отрицательно заряженные ионы — соответственно катионы и анионы, которые существуют в растворе веществ вследствие электролитической диссоциации. Ток в электролитах за счёт перемещения ионов, в отличие от тока за счёт перемещения электронов, характерного для металлов, сопровождается переносом вещества к электродам с образованием вблизи них новых химических соединений или осаждением этих веществ или новых соединений на электродах.

Это явление заложило основу современной электрохимии, дав количественные определения грамм-эквивалентам различных химических веществ, тем самым превратив неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать однократно заряжаемые и перезаряжаемые источники химического тока (сухие батареи, аккумуляторы и топливные элементы), которые, в свою очередь, дали огромный толчок в развитии техники. Достаточно заглянуть под капот своего автомобиля, чтобы увидеть результаты усилий поколений учёных и инженеров-химиков в виде автомобильного аккумулятора.

Большое количество технологических процессов, основанных на протекании тока в электролитах, позволяет не только придать эффектный вид конечным изделиям (хромирование и никелирование), но и защитить их от коррозии. Процессы электрохимического осаждения и электрохимического травления составляют основу производства современной электроники. Ныне это самые востребованные технологические процессы, число изготавливаемых компонентов по этим технологиям исчисляется десятками миллиардов единиц в год.

Электрический ток в газах

Электрический ток в газах обусловлен наличием в них свободных электронов и ионов. Для газов, в силу их разрежённости, характерна большая длина пробега до столкновения молекул и ионов; из-за этого протекание тока в нормальных условиях через них относительно затруднено. То же самое можно утверждать относительно смесей газов. Природной смесью газов является атмосферный воздух, который в электротехнике считается неплохим изолятором. Это характерно и для других газов и их смесей при обычных физических условиях.

Протекание тока в газах очень сильно зависит от различных физических факторов, как-то: давления, температуры, состава смеси. Помимо этого, действие оказывают различного рода ионизирующие излучения. Так, например, будучи освещёнными ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, или находясь под действием катодных или анодных частиц или частиц, испускаемых радиоактивными веществами, или, наконец, под действием высокой температуры, газы приобретают свойство лучше проводить электрический ток.

Эндотермический процесс образования ионов в результате поглощения энергии электрически нейтральными атомами или молекулами газа называется ионизацией. Получив достаточную энергию, электрон или несколько электронов внешней электронной оболочки, преодолевая потенциальный барьер, покидают атом или молекулу, становясь свободными электронами. Атом или молекула газа становятся при этом положительно заряженными ионами. Свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам или молекулам, образуя отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы могут обратно захватывать свободные электроны при столкновении, становясь при этом опять электрически нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

Прохождение тока через газовую среду сопровождается изменением состояния газа, что предопределяет сложный характер зависимости тока от приложенного напряжения и, в общем, подчиняется закону Ома только при малых токах.

Различают несамостоятельный и самостоятельные разряды в газах. При несамостоятельном разряде ток в газе существует только при наличии внешних ионизирующих факторов, при их отсутствии сколь-нибудь значительного тока в газе нет. При самостоятельном разряде ток поддерживается за счёт ударной ионизации нейтральных атомов и молекул при столкновении с ускоренными электрическим полем свободными электронами и ионами даже после снятия внешних ионизирующих воздействий.

Несамостоятельный разряд при малом значении разности потенциалов между анодом и катодом в газе называется тихим разрядом. При повышении напряжения сила тока сначала увеличивается пропорционально напряжению (участок ОА на вольт-амперной характеристике тихого разряда), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ). Когда все частицы, возникшие под действием ионизатора, уходят за то же время на катод и на анод, усиления тока с ростом напряжения не происходит (участок графика ВС). При дальнейшем повышении напряжения ток снова возрастает, и тихий разряд переходит в несамостоятельный лавинный разряд. Разновидность несамостоятельного разряда — тлеющий разряд, который создаёт свет в газоразрядных лампах различного цвета и назначения.

Переход несамостоятельного электрического разряда в газе в самостоятельный разряд характеризуется резким увеличением тока (точка Е на кривой вольт-амперной характеристики). Он называется электрическим пробоем газа.

Все вышеперечисленные типы разрядов относятся к установившимся типам разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени. Помимо установившихся разрядов, существуют разряды неустановившиеся, возникающие обычно в сильных неоднородных электрических полях, например у заостренных и искривлённых поверхностей проводников и электродов. Различают два типа неустановившихся разрядов: коронный и искровой разряды.

При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, просто он представляет собой повторяющийся процесс поджига несамостоятельного разряда в ограниченном пространстве возле проводников. Примером коронного разряда может служить свечение атмосферного воздуха вблизи высоко поднятых антенн, громоотводов или высоковольтных линий электропередач. Возникновение коронного разряда на линиях электропередач приводит к потерям электроэнергии. В прежние времена это свечение на верхушках мачт было знакомо морякам парусного флота как огоньки святого Эльма. Коронный разряд применяется в лазерных принтерах и электрографических копировальных устройствах, где он формируется коротроном — металлической струной, на которую подано высокое напряжение. Это необходимо для ионизации газа с целью нанесения заряда на фоточувствительный барабан. В данном случае коронный разряд приносит пользу.

Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою и имеет вид прерывистых ярких разветвляющихся, заполненных ионизированным газом нитей-каналов, возникающих и исчезающих, сопровождаемые выделением большого количества теплоты и ярким свечением. Примером естественного искрового разряда может служить молния, где ток может достигать значений в десятки килоампер. Образованию собственно молнии предшествует создание канала проводимости, так называемого нисходящего «тёмного» лидера, образующего совместно с индуцированным восходящим лидером проводящий канал. Молния представляет собой обычно многократный искровой разряд в образованном канале проводимости. Мощный искровой разряд нашёл своё техническое применение также и в компактных фотовспышках, в которых разряд происходит между электродами трубки из кварцевого стекла, наполненной смесью ионизированных благородных газов.

Длительный поддерживаемый пробой газа носит название дугового разряда и применяется в сварочной технике, являющейся краеугольным камнем технологий создания стальных конструкций нашего времени, от небоскрёбов до авианосцев и автомобилей. Он применяется как для сварки, так и для резки металлов; различие в процессах обусловлено силой протекающего тока. При относительно меньших значениях тока происходит сварка металлов, при более высоких значениях тока дугового разряда — идёт резка металла за счёт удаления расплавленного металла из-под электрической дуги различными методами.

Другим применением дугового разряда в газах служат газоразрядные лампы освещения, которые разгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (натриевые лампы) или автомобильные галогенные лампы, которые сейчас заменили обычные лампы накаливания в автомобильных фарах.

Электрический ток в вакууме

Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только при наличии свободных носителей в виде электронов или ионов, которые генерируются за счёт термо- или фотоэмиссии, или иными методами.

Основным методом получения тока в вакууме за счёт электронов является метод термоэлектронной эмиссии электронов металлами. Вокруг разогретого электрода, называемого катодом, образуется облако из свободных электронов, которые и обеспечивают протекание электрического тока при наличии второго электрода, называемого анодом, при условии наличия между ними соответствующего напряжения требуемой полярности. Такие электровакуумные приборы называются диодами и обладают свойством односторонней проводимости тока, запираясь при обратном напряжении. Это свойство применяется для выпрямления переменного тока, преобразуемого системой из диодов в импульсный ток постоянного направления.

Добавление дополнительного электрода, называемого сеткой, расположенной вблизи катода, позволяет получить усилительный элемент триод, в котором малые изменения напряжения на сетке относительно катода позволяют получить значительные изменения протекающего тока, и, соответственно, значительные изменения напряжения на нагрузке, включённой последовательно с лампой относительно источника питания, что и используется для усиления различных сигналов.

Применение электровакуумных приборов в виде триодов и приборов с большим числом сеток различного назначения (тетродов, пентодов и даже гептодов), произвело революцию в деле генерации и усиления радиочастотных сигналов, и привело к созданию современных систем радио и телевещания.

Исторически первым было развитие именно радиовещания, так как методы преобразования относительно низкочастотных сигналов и их передача, равно как и схемотехника приёмных устройств с усилением и преобразованием радиочастоты и превращением её в акустический сигнал были относительно просты.

При создании телевидения для преобразования оптических сигналов применялись электровакуумные приборы — иконоскопы, где электроны эмитировались за счёт фотоэмиссии от падающего света. Дальнейшее усиление сигнала выполнялось усилителями на электронных лампах. Для обратного преобразования телевизионного сигнала служили кинескопы, дающие изображение за счёт флюоресценции материала экрана под воздействием электронов, разгоняемых до высоких энергий под воздействием ускоряющего напряжения. Синхронизированная система считывания сигналов иконоскопа и система развёртки изображения кинескопа создавали телевизионное изображение. Первые кинескопы были монохромными.

В дальнейшем были созданы системы цветного телевидения, в котором считывающие изображение иконоскопы реагировали только на свой цвет (красный, синий или зелёный). Излучающие элементы кинескопов (цветной люминофор), за счёт протекания тока, вырабатываемого так называемыми «электронными пушками», реагируя на попадание в них ускоренных электронов, излучали свет в определённом диапазоне соответствующей интенсивности. Чтобы лучи от пушек каждого цвета попадали на свой люминофор, использовали специальные экранирующие маски.

Современная аппаратура телевидения и радиовещания выполняется на более прогрессивных элементах с меньшим энергопотреблением — полупроводниках.

Одним из широко распространённых методов получения изображения внутренних органов является метод рентгеноскопии, при котором эмитируемые катодом электроны получают столь значительное ускорение, что при попадании на анод генерируют рентгеновское излучение, способное проникать через мягкие ткани тела человека. Рентгенограммы дают в руки медиков уникальную информацию о повреждениях костей, состоянии зубов и некоторых внутренних органов, выявляя даже такое грозное заболевание, как рак лёгких.

Вообще, электрические токи, сформированные в результате движения электронов в вакууме, имеют широчайшую область применения, к которой относятся все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, вакуумные генераторы сверхвысокой частоты, в виде ламп бегущей волны, клистронов и магнетронов. Именно магнетроны, кстати, подогревают или готовят нам пищу в микроволновых печах.

Большое значение в последнее время имеет технология нанесения плёночных покрытий в вакууме, которые играют роль как защитно-декоративного, так и функционального покрытия. В качестве таких покрытий применяются покрытия металлами и их сплавами, и их соединениями с кислородом, азотом и углеродом. Такие покрытия изменяют электрические, оптические, механические, магнитные, коррозионные и каталитические свойства покрываемых поверхностей, либо сочетают сразу несколько свойств.

Сложный химический состав покрытий можно получать только с использованием техники ионного распыления в вакууме, разновидностями которой являются катодное распыление или его промышленная модификация — магнетронное распыление. В конечном итоге именно электрический ток за счёт ионов производит осаждение компонентов на осаждаемую поверхность, придавая ей новые свойства.

Именно таким способом можно получать так называемые ионные реактивные покрытия (плёнки нитридов, карбидов, оксидов металлов), обладающих комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (с высокой твёрдостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью), которые невозможно получить иными методами.

Электрический ток в биологии и медицине


Знание поведения токов в биологических объектах даёт в руки биологов и медиков мощный метод исследования, диагностики и лечения.

С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, вне зависимости от особенностей структуры данного объекта.

При рассмотрении протекания тока через биологические объекты необходимо учитывать их клеточное строение. Существенным элементом клетки является клеточная мембрана — внешняя оболочка, ограждающая клетку от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды за счёт ее избирательной проницаемости для различных веществ. С точки зрения физики, клеточную мембрану можно представить себе в виде параллельного соединения конденсатора и нескольких цепочек из соединенных последовательно источника тока и резистора. Это предопределяет зависимость электропроводности биологического материала от частоты прилагаемого напряжения и формы его колебаний.

Биологическая ткань состоит из клеток собственно органа, межклеточной жидкости (лимфы), кровеносных сосудов и нервных клеток. Последние в ответ на воздействие электрического тока отвечают возбуждением, заставляя сокращаться и расслабляться мышцы и кровеносные сосуды животного. Следует отметить, что протекание тока в биологической ткани носит нелинейный характер.

Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект могут служить опыты итальянского врача, анатома, физиолога и физика Луиджи Гальвани, ставшего одним из основателей электрофизиологии. В его опытах пропускание электрического тока через нервы лапки лягушки приводило к сокращению мышц и подергиванию ножки. В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин и доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов.

Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В. Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга.

Биологические объекты в ходе своей жизнедеятельности создают не только микротоки, но и большие напряжения и токи. Значительно раньше Гальвани английский анатом Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, а шотландский хирург и анатом Джон Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.


В современной биологии и медицине применяются различные методы исследования живых организмов, как инвазивные, так и неинвазивные.

Классическим примером инвазивных методов является лабораторная крыса с пучком вживлённых в мозг электродов, бегающая по лабиринтам или решающая другие задачки, поставленные перед ней учёными.

К неинвазивным методам относятся такие, всем знакомые исследования, как снятие энцефалограммы или электрокардиограммы. При этом электроды, считывающие биотоки сердца или мозга, снимают токи прямо с кожи обследуемого. Для улучшения контакта с электродами кожа смачивается физиологическим раствором, который является неплохим проводящим электролитом.

Помимо применения электрического тока при научных исследованиях и техническом контроле состояния различных химических процессов и реакций, одним из самых драматических моментов его применения, известного широкой публике, является запуск «остановившегося» сердца какого-либо героя современного фильма.


Действительно, протекание кратковременного импульса значительного тока лишь в единичных случаях способно запустить остановившееся сердце. Чаще всего происходит восстановление его нормального ритма из состояния хаотичных судорожных сокращений, называемого фибрилляцией сердца. Приборы, применяющиеся для восстановления нормального ритма сокращений сердца, называются дефибрилляторами. Современный автоматический дефибриллятор сам снимает кардиограмму, определяет фибрилляцию желудочков сердца и самостоятельно решает – бить током или не бить – может быть достаточно пропустить через сердце небольшой запускающий импульс. Существует тенденция установления автоматических дефибрилляторов в общественных местах, что может существенно сократить количество смертей из-за неожиданной остановки сердца.

У практикующих врачей скорой помощи не возникает никакого сомнения по поводу применения метода дефибрилляции – обученные быстро определять физическое состояние пациента по кардиограмме, они принимают решение значительно быстрее автоматического дефибриллятора, предназначенного для широкой публики.

Тут же уместно будет упомянуть об искусственных водителях сердечного ритма, иначе называемых кардиостимуляторами. Эти приборы вживляются под кожу или под грудную мышцу человека, и такой аппарат через электроды подаёт на миокард (сердечную мышцу) импульсы тока напряжением около 3 В, стимулируя нормальную работу сердца. Современные электрокардиостимуляторы способны обеспечить бесперебойную работу в течение 6–14 лет.

Характеристики электрического тока, его генерация и применение

Электрический ток характеризуется величиной и формой. По его поведению с течением времени различают постоянный ток (не изменяющийся с течением времени), апериодический ток (произвольно изменяющийся с течением времени) и переменный ток (изменяющийся с течением времени по определённому, как правило, периодическому закону). Иногда для решения различных задач требуется одновременное наличие постоянного и переменного тока. В таком случае говорят о переменном токе с постоянной составляющей.

Исторически первым появился трибоэлектрический генератор тока, который вырабатывал ток за счёт трения шерсти о кусок янтаря. Более совершенные генераторы тока такого типа сейчас называются генераторами Ван де Граафа, по имени изобретателя первого технического решения таких машин.

Как указывалось выше, итальянским физиком Алессандро Вольта был изобретён электрохимический генератор постоянного тока, ставший предшественником сухих батарей, аккумуляторов и топливных элементов, которые мы пользуемся и поныне как удобными источниками тока для разнообразных устройств — от наручных часов и смартфонов до просто автомобильных аккумуляторов и тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla.

Помимо этих генераторов постоянного тока, существуют генераторы тока на прямом ядерном распаде изотопов и магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) тока, которые пока имеют ограниченное применение в силу своей маломощности, слабой технологической основы для широкого применения и по другим причинам. Тем не менее, радиоизотопные источники энергии широко применяются там, где нужна полная автономность: в космосе, на глубоководных аппаратах и гидроакустических станциях, на маяках, бакенах, а также на Крайнем Севере, в Арктике и Антарктике.

В электротехнике генераторы тока подразделяются на генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока.

Все эти генераторы основаны на явлении электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей построил первый маломощный униполярный генератор, дающий постоянный ток. Первый генератор переменного тока был предложен анонимным автором под латинскими инициалами Р.М. в письме к Фарадею в 1832 году. После опубликования письма, Фарадей получил благодарственное письмо от того же анонима со схемой усовершенствованного генератора в 1833 году, в котором использовалось дополнительное стальное кольцо (ярмо) для замыкания магнитных потоков сердечников обмоток.

Однако в то время для переменного тока еще не нашлось применения, так как для всех практических применений электричества того времени (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому в последующем изобретатели направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства.

Одним из первых генераторов, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор российского академика Б. С. Якоби. Этот генератор был принят на вооружение гальванических команд русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Улучшенные модификации генератора Якоби до сих пор используются для удалённого приведения в действие минных зарядов, что нашло широкое отображение в военно-исторических фильмах, в которых диверсанты или партизаны подрывают мосты, поезда или другие объекты.

В дальнейшем борьба между генерацией постоянного или переменного тока с переменным успехом велась среди изобретателей и инженеров–практиков, приведшая к апогею противостояния титанов современной электроэнергетики: Томаса Эдисона с компанией Дженерал Электрик с одной стороны, и Николой Тесла с компанией Вестингауз, с другой стороны. Победил мощный капитал, и разработки Тесла в области генерации, передачи, и трансформации переменного электрического тока стали общенациональным достоянием американского общества, что, в немалой степени, позднее способствовало технологическому доминированию США.

Помимо собственно генерации электричества для разнообразных нужд, основанной на преобразовании механического движения в электричество, за счёт обратимости электрических машин появилась возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение, реализуемая электродвигателями постоянного и переменного тока. Пожалуй, это самые распространённые машины современности, включающие в себя стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы промышленных станков и разнообразных бытовых устройств. Используя различные модификации подобных устройств, мы стали мастерами на все руки, мы умеем строгать, пилить, сверлить и фрезеровать. А в наших компьютерах, благодаря миниатюрным прецизионным двигателям постоянного тока, крутятся приводы жёстких и оптических дисков.

Кроме привычных электромеханических двигателей, за счёт протекания электрического тока работают ионные двигатели, использующие принцип реактивного движения при выбросе ускоренных ионов вещества, Пока, в основном, они применяются в космическом пространстве на малых спутниках для выведения их на нужные орбиты. А фотонные двигатели 22-го века, которые существуют пока только в проекте и которые понесут наши будущие межзвёздные корабли с субсветовой скоростью, скорее всего, тоже будут работать на электрическом токе.

Для создания электронных элементов и при выращивании кристаллов различного назначения по технологическим причинам требуются сверхстабильные генераторы постоянного тока. Такие прецизионные генераторы постоянного тока на электронных компонентах называются стабилизаторами тока.

Измерение электрического тока

Необходимо отметить, что приборы для измерения тока (микроамперметры, миллиамперметры, амперметры) весьма отличаются друг от друга в первую очередь по типу конструкций и принципам действия — это могут быть приборы постоянного тока, переменного тока низкой частоты и переменного тока высокой частоты.

По принципу действия различают электромеханические, магнитоэлектрические, электромагнитные, магнитодинамические, электродинамические, индукционные, термоэлектрические и электронные приборы. Большинство стрелочных приборов для измерения токов состоит из комбинации подвижной/неподвижной рамки с намотанной катушкой и неподвижного/подвижного магнитов. Вследствие такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему из последовательно соединённых индуктивности и сопротивления, шунтированных ёмкостью. Из-за этого частотная характеристика стрелочных амперметров имеет завал по высоким частотам.

Основой для них является миниатюрный гальванометр, а различные пределы измерения достигаются применением дополнительных шунтов — резисторов с малым сопротивлением, которое на порядки ниже сопротивления измерительного гальванометра. Таким образом, на основе одного прибора могут быть созданы приборы для измерения токов различных диапазонов – микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

Вообще, в измерительной практике важно поведение измеряемого тока — он может быть функцией времени и иметь различную форму — быть постоянным, гармоническим, негармоническим, импульсным и так далее, и его величиной принято характеризовать режимы работ радиотехнических цепей и устройств. Различают следующие значения токов:


  • мгновенное,
  • амплитудное,
  • среднее,
  • среднеквадратичное (действующее).

Мгновенное значение тока I i — это значение тока в определенный момент времени. Его можно наблюдать на экране осциллографа и определять для каждого момента времени по осциллограмме.

Амплитудное (пиковое) значение тока I m — это наибольшее мгновенное значение тока за период.

Среднее квадратичное (действующее) значение тока I определяется как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений тока.

Все стрелочные амперметры обычно градуируются в среднеквадратических значениях тока.

Среднее значение (постоянная составляющая) тока — это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения.

Разность между максимальным и минимальным значениями тока сигнала называют размахом сигнала.

Сейчас, в основном, для измерения тока используются как многофункциональные цифровые приборы, так и осциллографы — на их экранах отображается не только форма напряжения/тока, но и существенные характеристики сигнала. К таким характеристикам относится и частота изменения периодических сигналов, поэтому в технике измерений важен частотный предел измерений прибора.

Измерение тока с помощью осциллографа

Иллюстрацией к вышесказанному будет серия опытов по измерению действующего и пикового значения тока синусоидального и треугольного сигналов с использованием генератора сигналов, осциллографа и многофункционального цифрового прибора (мультиметра).

Общая схема эксперимента №1 представлена ниже:


Генератор сигналов (FG) нагружен на последовательное соединение мультиметра (MM), сопротивление шунта R s =100 Ом и сопротивление нагрузки R в 1 кОм. Осциллограф OS подключен параллельно сопротивлению шунта R s . Значение сопротивления шунта выбирается из условия R s

Опыт 1


Подадим на сопротивление нагрузки сигнал синусоидальной формы с генератора частотой 60 Герц и амплитудой 9 Вольт. Нажмем очень удобную кнопку Auto Set и будем наблюдать на экране сигнал, показанный на рис. 1. Размах сигнала — около пяти больших делений при цене деления 200 мВ. Мультиметр при этом показывает значение тока в 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичное значение напряжения сигнала на измерительном резисторе U=312 мВ. Действующее значение тока через резистор R s определяется по закону Ома:

I RMS = U RMS /R = 0,31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

что соответствует показаниям мультиметра (3,10 мА). Отметим, что размах тока через нашу цепь из включенных последовательно двух резисторов и мультиметра равен

I P-P = U P-P /R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Известно, что пиковое и действующее значения тока и напряжения для синусоидального сигнала отличаются в √2 раз. Если умножить I RMS = 3,1 мА на √2, получим 4,38. Удвоим это значение и мы получим 8,8 мА, что почти соответствует току, измеренному с помощью осциллографа (8,9 мА).

Опыт 2


Уменьшим сигнал от генератора вдвое. Размах изображения на осциллографе уменьшится ровно приблизительно вдвое (464 мВ) и мультиметр покажет приблизительно уменьшенное вдвое значение тока 1,55 мА. Определим показания действующего значения тока на осциллографе:

I RMS = U RMS /R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

что приблизительно соответствует показаниям мультиметра (1,55 мА).

Опыт 3


Увеличим частоту генератора до 10 кГц. При этом изображение на осциллографе изменится, но размах сигнала останется прежним, а показания мультиметра уменьшатся — сказывается допустимый рабочий частотный диапазон мультиметра.

Опыт 4


Вернёмся к исходной частоте 60 Герц и напряжению 9 В генератора сигналов, но изменим форму его сигнала с синусоидальной на треугольную. Размах изображения на осциллографе остался прежним, а показания мультиметра уменьшились по сравнению со значением тока, которое он показывал в опыте №1, так как изменилось действующее значение тока сигнала. Осциллограф также показывает уменьшение среднеквадратичного значения напряжения, измеренного на резисторе R s =100 Ом.

Техника безопасности при измерении тока и напряжения

Самодельный пьедестал-стойка с полнофункциональным телесуфлёром и мониторами для домашней видеостудии

  • Поскольку в зависимости от класса безопасности помещения и его состояния при измерении токов даже относительно невысокие напряжения уровня 12–36 В могут представлять опасность для жизни, необходимо выполнять следующие правила:
  • Не проводить измерения токов, требующих определённых профессиональных навыков (при напряжении свыше 1000 В).
  • Не производить измерения токов в труднодоступных местах или на высоте.
  • При измерениях в бытовой сети применять специальные средства защиты от поражения электрическим током (резиновые перчатки, коврики, сапоги или боты).
  • Пользоваться исправным измерительным инструментом.
  • В случае использования многофункциональных приборов (мультиметров), следить за правильной установкой измеряемого параметра и его величины перед измерением.
  • Пользоваться измерительным прибором с исправными щупами.
  • Строго следовать рекомендациям производителя по использованию измерительного прибора.

Ампер есть сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10−7 ньютона.

Кулон — это величина заряда, прошедшая через проводник при силе тока 1 А за время 1 сек.

Ом (обозначение: Ом, Ω) — единица измерения электрического сопротивления в Международной системе единиц (СИ). Ом равен электрическому сопротивлению проводника, между концами которого возникает напряжение 1 вольт при силе постоянного тока 1 ампер.

Вольт как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон (Кл, C) совершается работа величиной 1 джоуль (Дж, J)

1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт:

Генри Цепь имеет индуктивность один генри, если изменение тока со скоростью один ампер в секунду создаёт ЭДС индукции, равную одному вольту.

Те́сла (русское обозначение: Тл; международное обозначение: T) — единица измерения индукции магнитного поля в Международной системе единиц (СИ), численно равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.

Вебер По определению, изменение магнитного потока через замкнутый контур со скоростью один вебер в секунду наводит в этом контуре ЭДС, равную одному вольту

Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В

Электри́ческая инду́кция (электри́ческое смеще́ние) — векторная величина, равная сумме вектора напряжённости электрического поля и вектора поляризации.

Закон видемана утверждает, что отношение коэфф. теплопроводности c к уд. электропроводности s для металлов при одинаковой темп-ре постоянно: c/s=const

сли в проводнике течет постоянный ток и проводник остается неподвижным, то работа сторонних сил расходуется на его нагревание. Опыт показывает, что в любом проводнике происходит выделение теплоты, равное работе, совершаемой электрическими силами по переносу заряда вдоль проводника. Если на концах участка проводника имеется разность потенциалов , тогда работу по переносу заряда q на этом участке равна

По определению I= q/t. откуда q= I t. Следовательно

Так как работа идет па нагревание проводника, то выделяющаяся в проводнике теплота Q равна работе электростатических сил

Соотношение (17.13) выражает закон Джоуля-Ленца в интегральной форме. Введем плотность тепловой мощности , равную энергии выделенной за единицу время прохождения тока в каждой единице объема проводника

где S — поперечное сечение проводника, — его длина. Используя (1.13) и соотношение, получим

Но — плотность тока, а, тогда

с учетом закона Ома в дифференциальной форме , окончательно получаем

Формула (17.14) выражает закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме: объемная плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению его удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля.

Объявления:

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная

F = I·L·B·sina

I — сила тока в проводнике;

B — модуль вектора индукции магнитного поля;

L — длина проводника, находящегося в магнитном поле;

a — угол между вектором магнитного поля инаправлением тока в проводнике.

Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Максимальная сила Ампера равна:

Формулировка закона Био Савара Лапласа имеет вид: При прохождении постоянного тока по замкнутому контуру, находящемуся в вакууме, для точки, отстоящей на расстоянии r0, от контура магнитная индукция будет иметь вид.

Сила F действующая на частицу с электрическим зарядом q , движущуюся с постоянной скоростью v , во внешнем электрическом E и магнитном B полях, такова:

где × векторное произведение. Все величины выделенные жирным являются векторами. Более явно:

где r — радиус-вектор заряженной частицы, t — время, точкой обозначена производная по времени.

Явл Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий.

Голография основывается на двух физических явлениях — дифракции и интереференции световых волн.

Физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков, при определенных условиях возникает интерференционная картина, то есть, в пространстве возникают максимумы и минимумы интенсивности света (это подобно тому, как две системы волн на воде при пересечении образуют чередующиеся максимумы и минимумы амплитуды волн)

формула, единицы измерения. В чем измеряется мощность электрического тока

В 1882 году Британская научная ассоциация приняла решения начать использовать новую единицу измерения под названием «ватт». Для чего она используется сегодня, чему равна и по какой формуле ее можно вычислить? Давайте найдем ответы на все эти вопросы.

Ватт — единица измерения чего?

Начиная с того судьбоносного года, когда британцы ввели традицию использования ватта, постепенно во всем мире стали переходить на него, взамен устаревших и непрактичных лошадиных сил. С появлением системы СИ он был внесен в нее и стал использоваться повсеместно.

Итак, какая физическая величина имеет единицу измерения «ватт»? Вспомним уроки физики: правильный ответ на этот вопрос — мощность.

Свое название ватт получил в честь своего «отца» — шотландца Джеймса Ватта. В сокращении данная единица пишется всегда с большой буквы — Вт (W — согласно международном нормам системы СИ), а полностью — с маленькой «ватт» (watt).

Являясь не основной, а производной единицей (согласно стандарту СИ), рассматриваемая единица находится в зависимости от метра, килограмма и секунды. На практике это означает, что один ватт — это мощность, при которой совершается один джоуль работы за одну секунду времени. То есть, получается следующая зависимость: 1Вт = 1Дж/1с = 1Н х м/с = кг х м 2 /с 3 = кг х м 2 х с -3.

Кроме перечисленных выше, ватт связан с несистемными единицами. Например, с калорией. Так 1 Вт = 859,845227858985 кал/час. Данное соотношение важно, когда речь идет о вычислении количество теплоты, вырабатываемой электрическим обогревателем.

Формула

Итак, ватт — единица измерения мощности. Давайте же рассмотрим, по какой формуле ее можно вычислять.

Как уже было сказано выше, мощность зависит от работы и времени. Получается следующая формула: Р = A/t (мощность равна частному от деления работы на время).

Зная, что формула работы равна: А = F х S (где F — сила, S — расстояние), можно использовать эти данные.

В результате получаем формулу: Р = F х S /t. А поскольку S /t — это скорость (V), то мощность допустимо вычислять и так: Р = F х V

Взаимозависимость ампера, ватта, вольта

Единица измерения, которую мы рассматриваем, находится в прямой связи с такими величинами как напряжение (измеряется в вольтах) и сила тока (измеряется в амперах).

1 ватт — это мощность постоянного электрического тока при напряжении в 1 В и силе в 1А.

В виде формулы это выглядит таким образом: Р = І х U.

Ватты, киловатты, мегаватты и микроватты

Узнав, что ватт — единица измерения мощности, от каких величин она зависит и по каким формулам ее проще вычислять, стоит обратить внимание на такие понятия как киловатт, мегаватт и микроватт.

Поскольку Вт — величина весьма скромная (такова мощность передатчика любого мобильного телефона), в сфере электроэнергетики чаще принято применять киловатт (кВт).

Судя по стандартной для системы СИ приставке «кило», можно сделать вывод, что 1 кВт = 1000 Вт = 10 3 Вт. Поэтому для перевода ватт в киловатты нужно просто их количество делить на тысячу или наоборот, в случае, если киловатты переводятся в ватты.

К примеру, обычный легковой автомобиль имеет мощность в 60 000 ватт. Чтобы перевести это в киловатты, нужно разделить 60 000 на 1000 и в результате получится 60 кВт.

Киловатты являются общепринятой единицей для измерения мощности электроэнергии. При этом иногда применяется большая кратная единица ватта. Речь идет о мегаватте — МВт. Он равен 1 000 000 ватт (10 6) или 1000 киловатт (10 3).

К примеру, британский электропоезд Eurostar обладает мощностью в 12 мегаватт. То есть, это 12 000 000 ватт. Не удивительно, что он является самым быстрым в Великобритании.

Несмотря на скромные размеры иногда эта единица оказывается слишком большой для измерения мощности определенных предметов, поэтому наравне с кратными в системе Си выделяются и дольные единицы ватта. Наиболее часто используемой из них является микроватт (мкВт — пишется со строчной буквы, чтобы не путать с мегаваттом). Он равен одной миллионной части ватта (10 -6). Обычно данная единица применяется при расчете мощности работы электрокардиографов.

Помимо трех вышеперечисленных, существует еще около двух десятков других кратных и дольных единиц ватта. Однако чаще всего они используются в теоретических расчетах, а не на практике.

Ватт-час

Рассматривая особенности ватта (единицы измерения мощности), давайте обратим внимание на ватт-час (Вт·ч). Этот термин используется для измерения такой величины, как энергия (иногда в ватт-часах измеряется работа).

1 ватт-час равен количеству работы, выполненной на протяжении одного часа при мощности в 1 ватт.

Поскольку рассматриваемая единица довольно небольшая, для измерения электричества чаще применяется киловатт-час (кВт·ч). Он равен 1000 ватт-часов или 3600 Вт·с.

Обратите внимание, что мощность вырабатываемой на электростанциях энергии измеряется в киловаттах (иногда мегаваттах), но для потребителей ее количество исчисляется в киловатт-часах (реже в мегаватт-часах, если речь идет о мегаполисах или огромных предприятиях).

Обратите внимание, что помимо киловатт-часа и мегаватт-часа, ватт-час имеет точно такие же кратные и дольные единицы, как и обычный ватт.

Какой прибор называется ваттметром

Сравнив определение ватта (единица измерения мощности) и ватт-часа (единица энергии или работы), обратите внимание на такой прибор как ваттметр (ваттметр, wattmeter). Он применяется для измерения активной мощности электрического тока.

Классический прибор такого рода состоит из четырех контактов, два из которых используются для включения ваттметра в электрическую цепь последовательно с той его частью, потребляемая мощность которой измеряется на данный момент. Остальные два контакта подключаются параллельно к ней.

Ваттметры обычно создаются на основе электродинамических механизмов.

Ватт, согласно системе СИ – единица измерения мощности. В наши дни используется для измерения мощности всех электрических и не только приборов.

Джеймс Уатт и его универсальная паровая машина.

Что такое Ватт

Впервые эта величина была предложена для измерения мощности в 1882 году. Название единицы было дано в честь известного английского (а если по месту рождения, то шотландского) изобретателя Джеймса Уатта (James Watt). Одного из самых известных ученых в мире, создавшего универсальную паровую машину, доработав машину Ньюкомена. Однако, наибольшую известность ему принесла единица измерения, названная в его честь. До этого мощность рассчитывалась в лошадиных силах (л.с.), которые, кстати, были предложены для использования самим Уаттом. В наше же время, л.с. используются в основном для измерения мощности только в автомобилях, хотя бывают редкие исключения.

Согласно теории физики, мощность – это скорость расходования энергии, выраженная в отношении энергии ко времени: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Один ватт равен отношению одного джоуля (единице измерения работы) к одной секунде. На сегодняшний день для обозначения мощности электроприборов чаще применяется единица измерения киловатт (сокращенное обозначение – кВт). Несложно догадаться, сколько ватт в киловатте – приставка «кило» в системе СИ обозначает величину, полученную в результате умножения на тысячу.

Ниже рекомендуем посмотреть простое и понятное видео о предмете нашего разговора, думаю станет все понятно, если на слух вы воспринимаете информацию легче, да и в любом случае для закрепления материала, видео может быть полезным.

Ватты в киловатты
То есть, 1 кВт=1000 Вт (один киловатт равен тысячи ваттам). Обратный перевод так же прост: можно разделить число на тысячу либо переместить запятую на три цифры левее. Например:

  • мощность стиральной машины 2100 Вт = 2,1 кВт;
  • мощность кухонного блендера 1,1 кВт = 1100 Вт;
  • мощность электродвигателя 0,55 кВт = 550 Вт и т.д.

Килоджоули в киловатты и киловатт-час
Иногда наших читателей интересует, как перевести килоджоули в киловатты. Для ответа на этот вопрос, вернемся к базовому отношению ватт и джоулей: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Нетрудно догадаться, что:
1 килоджоуль = 0.0002777777777778 киловатт-час (в одном часе 60 минут, а в одной минуте 60 секунд, следовательно в часе 3600 секунд, а 1/3600= 0.000277778).

1 Вт= 3600 джоуль в час

Ватты в лошадиные силы
1 лошадиная сила =736 Ватт, следовательно 5 лошадиных сил = 3,68 кВт.

1 киловатт = 1,3587 лошадиных сил.

Ватты в калории
1 джоуль = 0,239 калории, следовательно 239 ккал = 0.0002777777777778 киловатт-час.

Не путать с киловатт-час

Наверное, каждый хотя бы раз в жизни слышал о такой единице, как киловатт-час (кВт*ч). С помощью этой единицы измеряется работа, совершаемая устройством за единицу времени. Для того чтобы понять её отличие от киловатта, приведем в пример домашний телевизор с потребляемой мощностью в 250 Вт. Если присоединить его к электрическому счетчику и включить, то ровно через час на счетчике будет показано, что телевизор израсходовал 0,25 кВт электроэнергии. То есть, потребление телевизора равно 0,25 кВт*ч. Прибор с такой величиной потребления, оставленный во включенном состоянии на 4 часа, «сожжёт», соответственно, 1 кВт энергии. Суточное потребление того или иного прибора зависит от особенностей его конструкции и иногда может оказаться, что приборы, которые нам кажутся наименее «прожорливыми», на самом деле составляют большую долю от общих расходов на электричество. Так, к примеру, обычный телевизор имеет в 4 раза более низкое потребление по сравнению с 100 Вт лампой накаливания. В свою очередь, электрический чайник «сжигает» в три раза больше света, чем такая лампочка. Среднее суточное энергопотребление персонального компьютера – около 14 кВт, а холодильника – до 1,5 кВт.

Если вам нужно единицы измерения мощности привести в одну систему, вам пригодится наш перевод мощности – конвертер онлайн. А ниже вы сможете почитать, в чем измеряется мощность.

Мощность – физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

В чем измеряется мощность?

Единицы измерения мощности, которые известны каждому школьнику и являются принятыми в международном сообществе – ватты. Названы так в честь ученого Дж. Уатта. Обозначаются латинской W или вт.

1 Ватт – единица измерения мощности, при которой за секунду происходит работа, равная 1 джоулю. Ватт равен мощности тока, сила которого 1 ампер, а напряжение – 1 вольт. В технике, как правило, применяются мегаватты и киловатты. 1 киловатт равен 1000 ватт.
Измеряется мощность и в эрг в секунду. 1 эрг в сек. Равен 10 в минус седьмой степени ватт. Соответственно, 1 ватт равен 10 в седьмой степени эрг/сек.

А еще единицей измерения мощности считается внесистемная «лошадиная сила». Она была введена в оборот еще в восемнадцатом веке и продолжает до сих пор применяться в автомобилестроении. Обозначается она так:

  • Л.С. (в русском),
  • HP (в английском).
  • PS (в немецком),
  • CV (во французском).

При переводе мощности помните, что в рунете существует невообразимая путаница при конверте лошадиных сил в ватты. В России, странах СНГ и некоторых других государствах 1 л.с. равняется 735, 5 ватт. В Англии и Америке 1 hp равняется 745, 7 ватт.

Из письма клиента:
Подскажите, ради Бога, почему мощность ИБП указывается в Вольт-Амперах, а не в привычных для всех киловаттах. Это сильно напрягает. Ведь все уже давно привыкли к киловаттам. Да и мощность всех приборов в основном указана в кВт.
Алексей. 21 июнь 2007

В технических характеристиках любого ИБП указаны полная мощность [кВА] и активная мощность [кВт] – они характеризуют нагрузочную способность ИБП. Пример, см. фотографии ниже:

Мощность не всех приборов указана в Вт, например:

  • Мощность трансформаторов указывается в ВА:
    http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП: см приложение)
    http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ: см приложение)
  • Мощность конденсаторов указывается в Варах:
    http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39: см приложение)
    http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК: см приложение)
  • Примеры других нагрузок — см. приложения ниже.

Мощностные характеристики нагрузки можно точно задать одним единственным параметром (активная мощность в Вт) только для случая постоянного тока, так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления – активное сопротивление.

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность и реактивная мощность точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: конденсатор, катушка индуктивности (параграф 40,41, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Дальше в любом учебнике по электротехнике Вы можете прочитать, что активная мощность (рассеиваемая на активном сопротивлении) измеряется в ваттах, а реактивная мощность (циркулирующая через реактивное сопротивление) измеряется в варах; так же для характеристики мощности нагрузки используют ещё два параметра: полную мощность и коэффициент мощности. Все эти 4 параметра:

  1. Активная мощность: обозначение P , единица измерения: Ватт
  2. Реактивная мощность: обозначение Q , единица измерения: ВАр (Вольт Ампер реактивный)
  3. Полная мощность: обозначение S , единица измерения: ВА (Вольт Ампер)
  4. Коэффициент мощности: обозначение k или cosФ , единица измерения: безразмерная величина

Эти параметры связаны соотношениями: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S

Также cosФ называется коэффициентом мощности (Power Factor PF )

Поэтому в электротехнике для характеристики мощности задаются любые два из этих параметров так как остальные могут быть найдены из этих двух.

Например, электромоторы, лампы (разрядные) — в тех. данных указаны P[кВт] и cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигатели АИР: см. приложение)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампы ДРЛ: см. приложение)
(примеры технических данных разных нагрузок см. приложение ниже)

То же самое и с источниками питания. Их мощность (нагрузочная способность) характеризуется одним параметром для источников питания постоянного тока – активная мощность (Вт), и двумя параметрами для ист. питания переменного тока. Обычно этими двумя параметрами являются полная мощность (ВА) и активная (Вт). См. например параметры ДГУ и ИБП.

Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах. В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются компьютеры с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор (например погружной насос или мотор в составе станка), люминисцентные балластные лампы и др. – при расчёте используются все вых. данные ибп: кВА, кВт, перегрузочные характеристики и др.

См. учебники по электротехнике, например:

1. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

2. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

3. Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

Так же см. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance http://en.wikipedia.org
(перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Приложение

Пример 1: мощность трансформаторов и автотрансформаторов указывается в ВА (Вольт·Амперах)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ)


АОСН-2-220-82
Латр 1.25 АОСН-4-220-82
Латр 2.5 АОСН-8-220-82





АОСН-20-220



АОМН-40-220




http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (ЛАТР / лабораторные автотрансформаторы TDGC2)

Пример 2: мощность конденсаторов указывается в Варах (Вольт·Амперах реактивных)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39)


http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК)

Пример 3: технические данные электромоторов содержат активную мощность (кВт) и cosФ

Для таких нагрузок как электромоторы, лампы (разрядные), компьютерные блоки питания, комбинированные нагрузки и др. — в технических данных указаны P [кВт] и cosФ (активная мощность и коэффициент мощности) или S [кВА] и cosФ (полная мощность и коэффициент мощности) .

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(комбинированная нагрузка – станок плазменной резки стали / Inverter Plasma cutter LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (блок питания ПК)

Дополнение 1

Если нагрузка имеет высокий коэффициент мощности (0.8 … 1.0), то её свойства приближаются к активной нагрузке. Такая нагрузка является идеальной как для сетевой линии, так и для источников электроэнергии, т.к. не порождает реактивных токов и мощностей в системе.

Поэтому во многих странах приняты стандарты нормирующие коэффициент мощности оборудования.

Дополнение 2

Оборудование однонагрузочное (например, БП ПК) и многосоставное комбинированное (например, фрезерный промышленный станок, имеющий в составе несколько моторов, ПК, освещение и др.) имеют низкие коэффициенты мощности (менее 0.8) внутренних агрегатов (например, выпрямитель БП ПК или электромотор имеют коэффициент мощности 0.6 .. 0.8). Поэтому в настоящее время большинство оборудования имеет входной блок корректора коэффициента мощности. В этом случае входной коэффициент мощности равен 0.9 … 1.0, что соответствует нормативным стандартам.

Дополнение 3. Важное замечание относительно коэффициента мощности ИБП и стабилизаторов напряжения

Нагрузочная способность ИБП и ДГУ нормирована на стандартную промышленную нагрузку (коэффициент мощности 0.8 с индуктивным характером). Например, ИБП 100 кВА / 80 кВт. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 80 кВт, или смешанную (активно-реактивную) нагрузку максимальной мощности 100 кВА с индуктивным коэффициентом мощности 0.8.

В стабилизаторах напряжения дело обстоит иначе. Для стабилизатора коэффициент мощности нагрузки безразличен. Например, стабилизатор напряжения 100 кВА. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 100 кВт, или любую другую (чисто активную, чисто реактивную, смешанную) мощностью 100 кВА или 100 кВАр с любым коэффициентом мощности емкостного или индуктивного характера. Обратите внимание, что это справедливо для линейной нагрузки (без высших гармоник тока). При больших гармонических искажениях тока нагрузки (высокий КНИ) выходная мощность стабилизатора снижается.

Дополнение 4

Наглядные примеры чистой активной и чистой реактивных нагрузок:

  • К сети переменного тока 220 VAC подключена лампа накаливания 100 Вт – везде в цепи есть ток проводимости (через проводники проводов и вольфрамовый волосок лампы). Характеристики нагрузки (лампы): мощность S=P~=100 ВА=100 Вт, PF=1 => вся электрическая мощность активная, а значит она целиком поглащается в лампе и превращается в мощность тепла и света.
  • К сети переменного тока 220 VAC подключен неполярный конденсатор 7 мкФ – в цепи проводов есть ток проводимости, внутри конденсатора идёт ток смещения (через диэлектрик). Характеристики нагрузки (конденсатора): мощность S=Q~=100 ВА=100 ВАр, PF=0 => вся электрическая мощность реактивная, а значит она постоянно циркулирует от источника к нагрузке и обратно, опять к нагрузке и т.д.
Дополнение 5

Для обозначения преобладающего реактивного сопротивления (индуктивного либо ёмкостного) коэффициенту мощности приписывается знак:

+ (плюс) – если суммарное реактивное сопротивление является индуктивным (пример: PF=+0.5). Фаза тока отстаёт от фазы напряжения на угол Ф.

— (минус) – если суммарное реактивное сопротивление является ёмкостным (пример: PF=-0,5). Фаза тока опережает фазу напряжения на угол Ф.

Дополнение 6

Дополнительные вопросы

Вопрос 1:
Почему во всех учебниках электротехники при расчете цепей переменного тока используют мнимые числа / величины (например, реактивная мощность, реактивное сопротивление и др.), которые не существуют в реальности?

Ответ:
Да, все отдельные величины в окружающем мире – действительные. В том числе температура, реактивное сопротивление, и т.д. Использование мнимых (комплексных) чисел – это только математический приём, облегчающий вычисления. В результате вычисления получается обязательно действительное число. Пример: реактивная мощность нагрузки (конденсатора) 20кВАр – это реальный поток энергии, то есть реальные Ватты, циркулирующие в цепи источник–нагрузка. Но что бы отличить эти Ватты от Ваттов, безвозвратно поглащаемых нагрузкой, эти «циркулирующие Ватты» решили называть Вольт·Амперами реактивными .

Замечание:
Раньше в физике использовались только одиночные величины и при расчете все математические величины соответствовали реальным величинам окружающего мира. Например, расстояние равно скорость умножить на время (S=v*t). Затем с развитием физики, то есть по мере изучения более сложных объектов (свет, волны, переменный электрический ток, атом, космос и др.) появилось такое большое количество физических величин, что рассчитывать каждую в отдельности стало невозможно. Это проблема не только ручного вычисления, но и проблема составления программ для ЭВМ. Для решения данное задачи близкие одиночные величины стали объединять в более сложные (включающие 2 и более одиночных величин), подчиняющиеся известным в математике законам преобразования. Так появились скалярные (одиночные) величины (температура и др.), векторные и комплексные сдвоенные (импеданс и др.), векторные строенные (вектор магнитного поля и др.), и более сложные величины – матрицы и тензоры (тензор диэлектрической проницаемости, тензор Риччи и др.). Для упрощения рассчетов в электротехнике используются следующие мнимые (комплексные) сдвоенные величины:

  1. Полное сопротивление (импеданс) Z=R+iX
  2. Полная мощность S=P+iQ
  3. Диэлектрическая проницаемость e=e»+ie»
  4. Магнитная проницаемость m=m»+im»
  5. и др.

Вопрос 2:

На странице http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power показаны S P Q Ф на комплексной, то есть мнимой / несуществующей плоскости. Какое отношение это все имеет к реальности?

Ответ:
Проводить расчеты с реальными синусоидами сложно, поэтому для упрощения вычислений используют векторное (комплексное) представление как на рис. выше. Но это не значит, что показанные на рисунке S P Q не имеют отношения к реальности. Реальные величины S P Q могут быть представлены в обычном виде, на основе измерений синусоидальных сигналов осциллографом. Величины S P Q Ф I U в цепи переменного тока «источник-нагрузка» зависят от нагрузки. Ниже показан пример реальных синусоидальных сигналов S P Q и Ф для случая нагрузки состоящей из последовательно соединённых активного и реактивного (индуктивного) сопротивлений.

Вопрос 3:
Обычными токовыми клещами и мультиметром измерен ток нагрузки 10 A, и напряжение на нагрузке 225 В. Перемножаем и получаем мощность нагрузки в Вт: 10 A · 225В = 2250 Вт.

Ответ:
Вы получили (рассчитали) полную мощность нагрузки 2250 ВА. Поэтому ваш ответ будет справедлив только, если ваша нагрузка чисто активная, тогда действительно Вольт·Ампер равен Ватту. Для всех других типов нагрузок (например электромотор) – нет. Для измерения всех характеристик любой произвольной нагрузки необходимо использовать анализатор сети, например APPA137:

См. дополнительную литературу, например:

Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance
http://en.wikipedia.org (перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Теория и расчёт трансформаторов малой мощности Ю.Н.Стародубцев / РадиоСофт Москва 2005 г. / rev d25d5r4feb2013

Здравствуйте! Для вычисления физической величины, называемой мощностью, пользуются формулой, где физическую величину — работу делят на время, за которое эта работа производилась.

Выглядит она так:

P, W, N=A/t, (Вт=Дж/с).

В зависимости от учебников и разделов физики, мощность в формуле может обозначаться буквами P, W или N.

Чаще всего мощность применяется, в таких разделах физики и науки, как механика, электродинамика и электротехника. В каждом случае, мощность имеет свою формулу для вычисления. Для переменного и постоянного тока она тоже различна. Для измерения мощности используют ваттметры.

Теперь вы знаете, что мощность измеряется в ваттах. По-английски ватт — watt, международное обозначение — W, русское сокращение — Вт. Это важно запомнить, потому что во всех бытовых приборах есть такой параметр.

Мощность — скалярная величина, она не вектор, в отличие от силы, которая может иметь направление. В механике, общий вид формулы мощности можно записать так:

P=F*s/t, где F=А*s,

Из формул видно, как мы вместо А подставляем силу F умноженную на путь s. В итоге мощность в механике, можно записать, как силу умноженную на скорость. К примеру, автомобиль имея определенную мощность, вынужден снижать скорость при движении в гору, так как это требует большей силы.

Средняя мощность человека принята за 70-80 Вт. Мощность автомобилей, самолетов, кораблей, ракет и промышленных установок, часто, измеряют в лошадиных сил ах. Лошадиные силы применяли еще задолго до внедрения ватт. Одна лошадиная сила равна 745,7Вт. Причем в России принято что л. с. равна 735,5 Вт.

Если вас вдруг случайно спросят через 20 лет в интервью среди прохожих о мощности, а вы запомнили, что мощность — это отношение работы А, совершенной в единицу времени t. Если сможете так сказать, приятно удивите толпу. Ведь в этом определении, главное запомнить, что делитель здесь работа А, а делимое время t. В итоге, имея работу и время, и разделив первое на второе, мы получим долгожданную мощность.

При выборе в магазинах, важно обращать внимание на мощность прибора. Чем мощнее чайник, тем быстрее он погреет воду. Мощность кондиционера определяет, какой величины пространство он сможет охлаждать без экстремальной нагрузки на двигатель. Чем больше мощность электроприбора, тем больше тока он потребляет, тем больше электроэнергии потратит, тем больше будет плата за электричество.

В общем случае электрическая мощность определяется формулой:

где I — сила тока, U-напряжение

Иногда даже ее так и измеряют в вольт-амперах, записывая, как В*А. В вольт-амперах меряют полную мощность, а чтобы вычислить активную мощность нужно полную мощность умножить на коэффициент полезного действия(КПД) прибора, тогда получим активную мощность в ваттах.

Часто такие приборы, как кондиционер, холодильник, утюг работают циклически, включаясь и отключаясь от термостата, и их средняя мощность за общее время работы может быть небольшой.

В цепях переменного тока , помимо понятия мгновенной мощности, совпадающей с общефизической, существуют активная, реактивная и полная мощности. Полная мощность равна сумме активной и реактивной мощностей.

Для измерения мощности используют электронные приборы — Ваттметры. Единица измерения Ватт, получила свое название в честь изобретателя усовершенствованной паровой машины, которая произвела революцию среди энергетических установок того времени. Благодаря этому изобретению развитие индустриального общества ускорилось, появились поезда, пароходы, заводы, использующие силу паровой машины для передвижения и производства изделий.

Все мы много раз сталкивались с понятием мощности. Например, разные автомобили характеризуются разной мощностью двигателя. Также, электроприборы могут иметь различную мощность , даже если они имеют одинаковое предназначение.

Мощность — это физическая величина , характеризующая скорость работы.

Соответственно, механическая мощность — это физическая величина, характеризующая скорость механической работы:

Т. е. мощность — это работа в единицу времени.

Мощность в системе СИ измеряется в ваттах: [N ] = [Вт].

1 Вт — это работа в 1 Дж, совершенная за 1 с.

Существуют и другие единицы измерения мощности, например, такие, как лошадиная сила:

Именно в лошадиных силах чаще всего измеряется мощность двигателя автомобилей.

Давайте вернемся к формуле для мощности: Формула, по которой вычисляется работа, нам известна: Поэтому мы можем преобразовать выражение для мощности:

Тогда в формуле у нас образуется отношение модуля перемещения к промежутку времени. Это, как вы знаете, скорость:

Только обратите внимание, что в получившейся формуле мы используем модуль скорости, поскольку на время мы поделили не само перемещение, а его модуль. Итак, мощность равна произведению модуля силы, модуля скорости и косинуса угла между их направлениями.

Это вполне логично: скажем, мощность поршня можно повысить за счет увеличения силы его действия. Прикладывая бо́льшую силу, он будет совершать больше работы за то же время, то есть увеличит мощность. Но даже если оставить силу постоянной, и заставить поршень двигаться быстрее, он, несомненно, увеличит работу, совершаемую в единицу времени. Следовательно, увеличится мощность.

Примеры решения задач.

Задача 1. Мощность мотоцикла равна 80 л.с. Двигаясь по горизонтальному участку, мотоциклист развивает скорость равную 150 км\ч. При этом, двигатель работает на 75% от своей максимальной мощности. Определите силу трения, действующую на мотоцикл.


Задача 2. Истребитель, под действием постоянной силы тяги, направленной под углом 45° к горизонту, разгоняется от 150 м/с до 570 м/с. При этом, вертикальная и горизонтальная скорость истребителя увеличиваются на одинаковое значение в каждый момент времени. Масса истребителя равна 20 т. Если истребитель разгонялся в течение одной минуты, то какова мощность его двигателя?




Если вам нужно единицы измерения мощности привести в одну систему, вам пригодится наш перевод мощности – конвертер онлайн. А ниже вы сможете почитать, в чем измеряется мощность.

о физических явлениях и законах природы

Отличие физики от всех других наук заключается в том, что она изучает самые основные, фундаментальные законы нашего мира. Изучая, описывает их языком математики.

Например, закон гравитации — фундаментальный закон. Но он не совсем точен, ибо нет связи его с квантовой теорией. Тоже относится и к другим нашим законам — они не точны. Где-то на краю их всегда лежит тайна, всегда есть, над чем поломать голову. Может быть, это — свойство природы, а может быть, и нет, но это свойственно тем законам, которые известны нам сегодня. Может быть, все дело тут в неполноте нашего знания.

Законы просты, их легко сформулировать так, чтобы не оставалось никаких лазеек для двусмысленности и для иного толкования. Они просты и поэтому прекрасны. Просты по форме. Закон действует сложно, но его коренная идея проста. Это и роднит все наши законы. Сами по себе они всегда оказываются простыми, хотя в природе действуют сложным образом.

Физические законы универсальны. Например, гравитация, простирается на огромные расстояния. Если увеличить расстояние в десять миллионов миллионов раз, то мы получим Солнечную систему. Увеличим еще в десять миллионов миллионов раз — и вот вам галактики, которые притягиваются друг к другу по тому же самому закону. Вышивая свой узор, Природа пользуется лишь самыми длинными нитями, и всякий, даже самый маленький образчик его может открыть нам глаза на строение целого.

УТВЕРЖДЕНО
Приказ Министерства образования Республики Беларусь
от 20.12.2012г №931

МЕХАНИКА.

1) Механическое движение. Относительность движения. Характеристики механического движения: путь, перемещение. Скорость. Закон сложения скоростей.

2) Равномерное движение. Графическое представление равномерного движения.

3) Неравномерное движение. Средняя и мгновенная скорости. Ускорение. Прямо¬линейное движение с постоянным ускорением. Графическое представление равно¬ускоренного движения.

4) Движение материальной точки по окружности с постоянной по модулю линей¬ной скоростью. Угловая скорость. Период и частота равномерного вращения. Центростремительное ускорение.

5) Свободное падение тел. Ускорение свободно падающего тела. Движение тела, брошенного горизонтально.

6) Взаимодействие тел. Первый закон Ньютона.

7) Сила. Сложение сил.

8) Инертность тел. Масса. Плотность вещества.

9) Второй закон Ньютона.

10) Третий закон Ньютона.

11) Закон всемирного тяготения. Сила тяжести.

12) Силы упругости. Закон Гука.

13) Силы трения. Коэффициент трения.

14) Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

15) Механическая работа. Мощность.

16) Кинетическая энергия. Теорема об изменении кинетической энергии.

17) Потенциальная энергия. Потенциальная энергия гравитационных и упругих взаимодействий.

18) Закон сохранения механической энергии.

19) Колебательное движение. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Уравнение гармонических колебаний. Пружинный и математический маятники. Превращения энергии при колебательных движениях.

20) Распространение колебаний в упругой среде. Волны. Скорость распространения волны, частота и длина волны, связь между ними.

21) Давление. Закон Паскаля. Гидростатическое давление. Сообщающиеся сосуды.

22) Атмосферное давление. Опыт Торричелли.

23) Закон Архимеда. Плавание тел.

знать/понимать:

физические явления: механическое движение: равномерное, равноускоренное движение; равномерное вращательное движение;

смысл физических понятий: путь, перемещение, скорость, средняя скорость пути и перемещения, мгновенная скорость, ускорение; угловая и линейная скорости, период и частота равномерного вращения, центростремительное ускорение, масса, плотность, сила (тяжести, упругости, трения), давление, атмосферное давление, импульс тела, импульс силы, гравитационное поле, работа, мощность, кинетическая энергия, потенциальная энергия, коэффициент полезного действия; период, амплитуда, частота, фаза колебаний, длина волны, скорость распространения волны;

смысл физических законов, принципов, правил, постулатов: I, II, III законов Ньютона, всемирного тяготения, Гука, сохранения механической энергии, сохранения импульса, Архимеда, Паскаля

уметь решать задачи:

на применение кинематических законов поступательного движения, закона сложения скоростей, на определение периода, частоты, на связь угловой и линейной скоростей, на определение центростремительного ускорения при равномерном вращательном движении, на применение законов Ньютона, Гука, всемирного тяготения, сохранения импульса и механической энергии, Архимеда; на расчет работы и мощности, на движение тел под действием силы тяжести, упругости, трения; на определение периода, частоты и фазы колебаний, периода колебаний математического и пружинного маятников, скорости распространения и длины волны;

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ И ТЕРМОДИНАМИКИ.

1) Основные положения молекулярно-кинетической теории.

2) Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Закон Дальтона.

3) Температура — мера средней кинетической энергии теплового движения частиц. Шкала температур Цельсия. Абсолютная шкала температур — шкала Кельвина.

4) Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона—Менделеева). Изотермический, изобарный и изохорный процессы в идеальном газе.

5) Внутренняя энергия термодинамической системы. Работа и количество теплоты как меры изменения внутренней энергии. Удельная теплоемкость.

6) Внутренняя энергия одноатомного идеального газа.

7) Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам в идеальном газе.

8) Циклические процессы. Физические основы работы тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия теплового двигателя и его максимальное значение.

9) Плавление и кристаллизация. Удельная теплота плавления.

10) Испарение и конденсация. Кипение жидкости. Удельная теплота парообразования.

11) Насыщенный пар. Влажность.

12) Горение. Удельная теплота сгорания топлива.

знать/понимать:

физические явления: переход вещества из одного агрегатного состояния в другое;

смысл физических понятий: внутренняя энергия, внутренняя энергия одноатомного идеального газа, температура, количество теплоты, удельная теплоемкость, удельная теплота сгорания, удельная теплота плавления, удельная теплота парообразования;

смысл физических законов, принципов, правил, постулатов: закона Дальтона, первого закона термодинамики, газовых законов;

уметь решать задачи:

на расчет количества вещества, средней квадратичной скорости и средней кинетической энергии теплового движения молекул, параметров состояния идеального газа (давления, объема, температуры) с использованием основного уравнения молекулярно-кинетической теории и уравнения Клапейрона—Менделеева; на применение закона Дальтона; на расчет работы, количества теплоты, изменения внутренней энергии одноатомного идеального газа при изотермическом, изохорном, изобарном процессах с использованием первого закона термодинамики, на применение уравнения теплового баланса при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое; на определение коэффициента полезного действия тепловых двигателей;

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.

1) Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда.

2) Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона.

3) Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Поле точечного заряда. Однородное электростатическое поле. Графическое изображение электростатических полей.

4) Потенциальный характер электростатического поля. Потенциал электростатического поля точечного заряда. Разность потенциалов. Напряжение. Связь между напряжением и напряженностью однородного электростатического поля.

5) Принцип суперпозиции электростатических полей.

6) Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость вещества.

7) Электроемкость. Конденсаторы.

8) Энергия электростатического поля конденсатора.

9) Электрический ток. Условия существования электрического тока. Источники электрического тока. Сила и направление электрического тока.

10) Закон Ома для однородного участка электрической цепи. Электрическое сопротивление. Удельное сопротивление. Последовательное и параллельное соединение проводников.

11) Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для полной электрической цепи.

12) Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля—Ленца. Коэффициент полезного действия источника тока.

13) Постоянные магниты. Взаимодействие магнитов. Магнитное поле.

14) Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. Индукция магнитного поля. Графическое изображение магнитных полей. Принцип суперпозиции магнитных полей.

15) Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца.

16) Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

17) Явление самоиндукции. Индуктивность.

18) Энергия магнитного поля.

19) Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в контуре. Формула Томсона. Превращения энергии в идеальном колебательном контуре.

20) Переменный электрический ток. Действующие значения силы тока и напряжения.

21) Электромагнитные волны и их свойства. Скорость распространения электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн.

знать/понимать:

физические явления:электрические взаимодействия; тепловое действие тока; магнитные взаимодействия; электромагнитная индукция, самоиндукция; электромагнитные волны;

смысл физических понятий: электромагнитное поле; проводник, диэлектрик, электрический заряд, точечный электрический заряд, элементарный заряд, напряженность электрического поля, потенциал электрического поля, разность потенциалов, электрическое напряжение; электроемкость, диэлектрическая проницаемость вещества, энергия электрического и магнитного полей; источник тока, сила электрического тока, электрическое сопротивление, удельное электрическое сопротивление, электродвижущая сила источника тока; индукция магнитного поля, магнитный поток, электродвижущая сила индукции и самоиндукции, индуктивность; амплитудное и действующее значения напряжения и силы переменного тока;

смысл физических законов, принципов, правил, постулатов: законов сохранения электрического заряда, Кулона, принципа суперпозиции электрических и магнитных полей; законов Ома для однородного участка цепи, для полной цепи, Джоуля — Ленца; Ампера; электромагнитной индукции Фарадея, правила Ленца;

уметь решать задачи:

на применение закона сохранения заряда и закона Кулона; на расчет напряженности и потенциала электростатического поля; на применение принципа суперпозиции для напряженности и потенциала электростатического поля; на определение напряжения, работы сил электрического поля, связи напряжения и напряженности однородного электростатического поля, электроемкости конденсатора, энергии электростатического поля конденсатора;

на расчет электрических цепей с использованием формулы для электрического сопротивления, закона Ома для однородного участка цепи и полной цепи и закономерностей последовательного и параллельного соединения резисторов; на расчет работы и мощности электрического тока, на применение закона Джоуля—Ленца; на определение коэффициента полезного действия источника тока;

на определение силы Ампера, силы Лоренца; на применение принципа суперпозиции для магнитных полей; на расчет характеристик движения заряженной частицы в однородном магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции; на расчет магнитного потока; на применение правила Ленца, определение электродвижущей силы индукции; на расчет электродвижущей силы, возникающей в прямолинейном проводнике, равномерно движущемся в однородном магнитном поле, энергии магнитного поля, электродвижущей силы самоиндукции и индуктивности катушки;

на определение периода, частоты и энергии свободных электромагнитных колебаний в колебательном контуре; на расчет действующих значений напряжения и силы переменного тока; на применение формул, связывающих длину волны с частотой и скоростью;

ОПТИКА

1) Источники света. Прямолинейность распространения света. Скорость распространения света.

2) Отражение света. Закон отражения света. Зеркала. Построение изображений в плоском зеркале.

3) Закон преломления света. Показатель преломления. Полное отражение.

4) Призма. Ход лучей в призме.

5) Линзы. Фокусное расстояние и оптическая сила тонкой линзы. Построение изображений в тонких линзах. Формула тонкой линзы.

6) Интерференция света.

7) Дифракция света. Дифракционная решетка.

8) Дисперсия света. Спектр.

знать/понимать:

физические явления: прямолинейность распространения света, отражение и преломление света, дифракция и интерференция света, поглощение и дисперсия света;

смысл физических понятий: световой луч, показатель преломления; фокусное расстояние и оптическая сила тонкой линзы; оптическая разность хода, постоянная дифракционной решетки;

смысл физических законов, принципов, правил, постулатов: законов отражения и преломления света;

уметь решать задачи:

на применение законов отражения и преломления света, формулы тонкой линзы; на использование условий максимума и минимума интерференции, формулы дифракционной решетки;

ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

1) Постулаты специальной теории относительности.

2) Закон взаимосвязи массы и энергии.

знать/понимать:

смысл физических законов, принципов, правил, постулатов: постулатов Эйнштейна; законов взаимосвязи массы и энергии;

уметь решать задачи:

на применение закона взаимосвязи массы и энергии;

ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ

1) Фотоэлектрический эффект. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта.

2) Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

3) Ядерная (планетарная) модель атома. Квантовые постулаты Бора.

4) Излучение и поглощение света атомом. Спектры.

знать/понимать:

физические явления: фотоэффект;

смысл физических понятий: внешний фотоэффект, фотон, энергия и импульс фотона, красная граница фотоэффекта, работа выхода;

смысл физических законов, принципов, правил, постулатов: внешнего фотоэффекта;

уметь решать задачи:

на вычисление частоты и длины волны при переходе электрона в атоме из одного энергетического состояния в другое; на применение формул, связывающих энергию и импульс фотона с частотой соответствующей волны; уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта;

АТОМНОЕ ЯДРО И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

1) Протонно-нейтронная модель строения ядра атома.

2) Энергия связи атомного ядра.

3) Ядерные реакции. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

4) Элементарные частицы.

знать/понимать:

физические явления: радиоактивность, деление ядер;

смысл физических понятий: ядерная модель атома, энергия связи ядра, дефект масс, энергетический выход ядерной реакции, период полураспада; элементарные частицы;

смысл физических законов, принципов, правил, постулатов: радиоактивного распада, постулатов Бора, правил смещения при ?-, ?-распадах;

уметь решать задачи:

на определение продуктов ядерных реакций; на расчет энергии связи, энергетического выхода ядерных реакций; на применение закона радиоактивного распада и правил смещения при ?-, ?—распадах.

Единицы измерения энергии, мощности и их правильное использование. Ватт

Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 мегаватт-час [МВт·ч] = 1000 киловатт-час [кВт·ч]

Исходная величина

Преобразованная величина

джоуль гигаджоуль мегаджоуль килоджоуль миллиджоуль микроджоуль наноджоуль аттоджоуль мегаэлектронвольт килоэлектронвольт электрон-вольт эрг гигаватт-час мегаватт-час киловатт-час киловатт-секунда ватт-час ватт-секунда ньютон-метр лошадиная сила-час лошадиная сила (метрич.)-час международная килокалория термохимическая килокалория международная калория термохимическая калория большая (пищевая) кал. брит. терм. единица (межд., IT) брит. терм. единица терм. мега BTU (межд., IT) тонна-час (холодопроизводительность) эквивалент тонны нефти эквивалент барреля нефти (США) гигатонна мегатонна ТНТ килотонна ТНТ тонна ТНТ дина-сантиметр грамм-сила-метр· грамм-сила-сантиметр килограмм-сила-сантиметр килограмм-сила-метр килопонд-метр фунт-сила-фут фунт-сила-дюйм унция-сила-дюйм футо-фунт дюймо-фунт дюймо-унция паундаль-фут терм терм (ЕЭС) терм (США) энергия Хартри эквивалент гигатонны нефти эквивалент мегатонны нефти эквивалент килобарреля нефти эквивалент миллиарда баррелей нефти килограмм тринитротолуола Планковская энергия килограмм обратный метр герц гигагерц терагерц кельвин aтомная единица массы

Общие сведения

Энергия — физическая величина, имеющая большое значение в химии, физике, и биологии. Без нее жизнь на земле и движение невозможны. В физике энергия является мерой взаимодействия материи, в результате которого выполняется работа или происходит переход одних видов энергии в другие. В системе СИ энергия измеряется в джоулях. Один джоуль равен энергии, расходуемой при перемещении тела на один метр силой в один ньютон.

Энергия в физике

Кинетическая и потенциальная энергия

Кинетическая энергия тела массой m , движущегося со скоростью v равна работе, выполняемой силой, чтобы придать телу скорость v . Работа здесь определяется как мера действия силы, которая перемещает тело на расстояние s . Другими словами, это энергия движущегося тела. Если же тело находится в состоянии покоя, то энергия такого тела называется потенциальной энергией. Это энергия, необходимая, чтобы поддерживать тело в этом состоянии.

Например, когда теннисный мяч в полете ударяется об ракетку, он на мгновение останавливается. Это происходит потому, что силы отталкивания и земного притяжения заставляют мяч застыть в воздухе. В этот момент у мяча есть потенциальная, но нет кинетической энергии. Когда мяч отскакивает от ракетки и улетает, у него, наоборот, появляется кинетическая энергия. У движущегося тела есть и потенциальная и кинетическая энергия, и один вид энергии преобразуется в другой. Если, к примеру, подбросить вверх камень, он начнет замедлять скорость во время полета. По мере этого замедления, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Это преобразование происходит до тех пор, пока запас кинетической энергии не иссякнет. В этот момент камень остановится и потенциальная энергия достигнет максимальной величины. После этого он начнет падать вниз с ускорением, и преобразование энергии произойдет в обратном порядке. Кинетическая энергия достигнет максимума, при столкновении камня с Землей.

Закон сохранения энергии гласит, что суммарная энергия в замкнутой системе сохраняется. Энергия камня в предыдущем примере переходит из одной формы в другую, и поэтому, несмотря на то, что количество потенциальной и кинетической энергии меняется в течение полета и падения, общая сумма этих двух энергий остается постоянной.

Производство энергии

Люди давно научились использовать энергию для решения трудоемких задач с помощью техники. Потенциальная и кинетическая энергия используется для совершения работы, например, для перемещения предметов. Например, энергия течения речной воды издавна используется для получения муки на водяных мельницах. Чем больше людей использует технику, например автомобили и компьютеры, в повседневной жизни, тем сильнее возрастает потребность в энергии. Сегодня большая часть энергии вырабатывается из невозобновляемых источников. То есть, энергию получают из топлива, добытого из недр Земли, и оно быстро используется, но не возобновляется с такой же быстротой. Такое топливо — это, например уголь, нефть и уран, который используется на атомных электростанциях. В последние годы правительства многих стран, а также многие международные организации, например, ООН, считают приоритетным изучение возможностей получения возобновляемой энергии из неистощимых источников с помощью новых технологий. Многие научные исследования направлены на получение таких видов энергии с наименьшими затратами. В настоящее время для получения возобновляемой энергии используются такие источники как солнце, ветер и волны.

Энергия для использования в быту и на производстве обычно преобразуется в электрическую при помощи батарей и генераторов. Первые в истории электростанции вырабатывали электроэнергию, сжигая уголь, или используя энергию воды в реках. Позже для получения энергии научились использовать нефть, газ, солнце и ветер. Некоторые большие предприятия содержат свои электростанции на территории предприятия, но большая часть энергии производится не там, где ее будут использовать, а на электростанциях. Поэтому главная задача энергетиков — преобразовать произведенную энергию в форму, позволяющую легко доставить энергию потребителю. Это особенно важно, когда используются дорогие или опасные технологии производства энергии, требующие постоянного наблюдения специалистами, такие как гидро- и атомная энергетика. Именно поэтому для бытового и промышленного использования выбрали электроэнергию, так как ее легко передавать с малыми потерями на большие расстояния по линиям электропередач.

Электроэнергию преобразуют из механической, тепловой и других видов энергии. Для этого вода, пар, нагретый газ или воздух приводят в движение турбины, которые вращают генераторы, где и происходит преобразование механической энергии в электрическую. Пар получают, нагревая воду с помощью тепла, получаемого при ядерных реакциях или при сжигании ископаемого топлива. Ископаемое топливо добывают из недр Земли. Это газ, нефть, уголь и другие горючие материалы, образованные под землей. Так как их количество ограничено, они относятся к невозобновляемым видам топлива. Возобновляемые энергетические источники — это солнце, ветер, биомасса, энергия океана, и геотермальная энергия.

В отдаленных районах, где нет линий электропередач, или где из-за экономических или политических проблем регулярно отключают электроэнергию, используют портативные генераторы и солнечные батареи. Генераторы, работающие на ископаемом топливе, особенно часто используют как в быту, так и в организациях, где совершенно необходима электроэнергия, например, в больницах. Обычно генераторы работают на поршневых двигателях, в которых энергия топлива преобразуется в механическую. Также популярны устройства бесперебойного питания с мощными батареями, которые заряжаются когда подается электроэнергия, а отдают энергию во время отключений.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Мощность выражают не только в ваттах, но и в производных единицах: микро- и милливаттах, киловаттах, мегаваттах. Обозначения «мВт » и «МВт» неравнозначны: первая обозначает милливатт, а вторая – мегаватт.

Инструкция

1. Если в обозначении «МВт» первая буква заглавная, условие задачи состоит в том, дабы перевести киловатты в мегаватты. Один киловатт равен одной тысяче ватт, а один мегаватт – миллиону ватт, а значит, тысяче киловатт. Таким образом, дабы перевести мощность, выраженную в киловаттах, в мегаватты, поделите желанную величину на 1000, скажем:15 кВт=(15 /1000) МВт=0,015 МВт.

2. Если в обозначении «мВт » первая буква заглавная, условие задачи состоит в том, дабы перевести киловатты в милливатты.7. Именно в таком виде в отношении значения мощности либо иной величины комфортно осуществлять вычисления при помощи научного калькулятора, тот, что, в различие от обыкновенного, приспособлен для работы с таким представлением чисел.

5. Если вы решаете задачу, где правда бы часть величин (напряжение, ток, сопротивление, мощность и др.) выражены во внесистемных единицах, сначала переведите все данные в систему СИ (в частности, мощность переведите в ватты), после этого решите задачу, и лишь позже этого переведите итог в комфортные единицы. Если этого не сделать заблаговременно, определение порядка итога и единиц, в которых он выражен, гораздо усложняется.

При измерениях либо расчетах физических величин применяются соответствующие единицы измерения. Дабы не ошибиться, при решении задач либо в утилитарных вычислениях все значения традиционно приводят в цельную систему измерений. Когда необходимо перевести ватты в киловатты либо часы в минуты, то вопросов обыкновенно не появляется. Но когда требуется перевести киловатт часы в киловатты, нужна добавочная информация.

Вам понадобится

Инструкция

1. Если надобно перевести в киловатты показания электросчетчика, которые, как знаменито, измеряются в киловатт-часах, скорее каждого, ничего переводить не придется. Легко перепишите цифры с табло счетчика. Дело в том, что в быту киловатт-часы дюже зачастую называют примитивно киловаттами. Не пытайтесь объяснить пожилым людям, что они заблуждаются. Легко отнеситесь к бытовым киловаттам как к сокращенному названию киловатт-часов.

2. На практике переводить киловатт часы в киловатты доводится в тех случаях, когда необходимо замерить мощность электроприбора, а нужных измерительных приборов нет. Дабы узнать потребляемую мощность электрического прибора, запишите показания электросчетчика. После этого отключите все электроприборы, в том числе и холодильник. Подключите к электросети тестируемое устройство и включите его. Засеките время включения и через час отключите электроприбор (включите холодильник). Запишите новые показания электросчетчика и отнимите от них бывшие показания. Полученная разность будет единовременно числом киловатт часов (числом электроэнергии, потребленной прибором) и числом киловатт – мощностью устройства (в киловаттах).

3. Если в киловатты требуется киловатт часы не за час, а за произвольный отрезок времени, воспользуйтесь дальнейшей формулой:Ккв = Кквч / Кч, где Ккв – число киловатт, Кквч – число киловатт-часов, Кч – число часов (время, в течение которого производились измерения).

4. Пускай, скажем, нужно определить среднюю мощность всех электроприборов в квартире в течение суток. Для этого примитивно запишите показания счетчика и время, в которое эти показания снимались. После этого ровно через сутки вновь снимите показания электросчетчика. Разность этих показаний будет равняться числу киловатт-часов. Для того дабы перевести эти киловатт часы в киловатты, поделите это число на 24 (число часов в сутках) и получите среднесуточную мощность энергопотребления.

Видео по теме

В амперах измеряют силу электрического тока, в ваттах — электрическую, тепловую и механическую мощность. Ампер и ватт в электротехнике связаны между собой определенными формулами, впрочем от того что в них измеряют различные физические величины, примитивно перевести амперы в кВт не получится. Но дозволено одни единицы выразить через другие. Разберемся, как соотносятся ток и мощность в электрической сети разного вида.

Вам понадобится

  • – тестер;
  • – токоизмерительные клещи;
  • – справочник по электротехнике;
  • – калькулятор.

Инструкция

1. Измерьте тестером напряжение сети, к которой подключен электроприбор.

2. Измерьте с подмогой токоизмерительных клещей величину тока.

3. Напряжение сети – постоянноеУмножьте величину тока (амперы) на значение напряжения сети (вольты). Полученное произведение — мощность в ваттах. Для перевода в киловатты надобно поделить это число на 1000.

4. Напряжение сети — переменное однофазноеУмножьте значение напряжения сети на величину тока и косинус угла фи (показатель мощности). Полученное произведение – потребляемая энергичная мощность в ваттах. Для перевода этого числа в киловатты поделите его на 1000.

5. Косинус угла между полной и энергичной мощностью в треугольнике мощностей равен отношению энергичной мощности к полной. Угол фи напротив называют сдвигом фаз между напряжением и током – сдвиг появляется при наличии в цепи индуктивности. Косинус фи равен единице при чисто энергичной нагрузке (электрические нагреватели, лампы накаливания) и около 0,85 — при смешанной нагрузке. Чем поменьше реактивная составляющая полной мощности, тем поменьше потери, следственно показатель мощности различно тяготятся повысить.

6. Напряжение сети — переменное трехфазноеПеремножьте величину напряжения и тока одной из фаз. Умножьте полученное значение на показатель мощности. Подобно рассчитывается мощность 2-х других фаз. После этого, все три фазные мощности складываются. Полученная сумма и будет значение мощности электроустановки, подключенной к трехфазной сети. При симметричной нагрузке по каждым трем фазам энергичная мощность равна произведению, фазного тока, фазного напряжения и показателя мощности, помноженному на три.

Видео по теме

Полезный совет
На многих электроприборах значения потребляемой мощности либо тока теснее указаны в инструкции, на корпусе либо упаковке. Зная мощность дозволено перевести амперы в киловатты, а дозволено исполнить обратные действия – то есть по знаменитым величинам мощности и напряжения вычислить значение потребляемого тока. Есть негласное правило для сети переменного тока, дозволяющее получить примерный итог при подсчете сечений проводов и выборе пуско-регулирующей аппаратуры: величина мощности равна половинному значению тока.

Выбирая в магазине фен, блендер или пылесос, можно заметить, что на его лицевой панели всегда указаны цифры с латинской литерой W. Причем, по утверждению продавцов, чем выше ее значение — тем лучше и быстрее будет выполнять свои прямые функции данный электроприбор. Справедливо ли такое утверждение? Возможно, это очередной рекламный трюк? Как расшифровывается W, и что это за величина? Давайте узнаем ответы на все эти вопросы.

Определение

Вышеупомянутая буква — это латинское сокращение от хорошо знакомой всем с уроков физики величины — ватт (watt). Согласно нормативам международной системы СИ, Вт (W) является единицей измерения мощности.

Если вернуться к вопросу с характеристиками бытовых электроприборов, то, чем выше число ватт в любом из них, тем он мощнее.

К примеру, на витрине лежат два блендера с одинаковой стоимостью: один из них — популярной фирмы в 250 W (Вт), другой — менее известного производителя, зато с мощностью в 350 W (Вт).

Эти цифры означают, что второй будет измельчать или взбивать продукты быстрее первого на протяжении одного и того же промежутка времени. Поэтому, если покупателю в первую очередь важна скорость выполнения процесса, стоит выбрать второй вариант. Если быстрота не играет ключевой роли, можно приобрести первый, как более надежный и, возможно, долговечный.

Кто придумал использовать ватты

Как ни странно это звучит сегодня, но до появления ватт единицей измерения мощности практически во всем мире были лошадиные силы (л.с., на английском — hb), реже использовалась фут-фунт-сила в секунду.

Названы ватты были в честь человека, который придумал и внедрил эту единицу — шотландского инженера и изобретателя Джеймса Ватта (James Watt). Из-за этого данный термин в сокращении пишется с заглавной буквы W (Вт). Это же правило касается любой единицы в системе СИ, названной фамилией ученого.

Название, как и сама единица измерения, впервые было официально рассмотрено в 1882 г. в Великобритании. После этого чуть менее ста лет понадобилось ваттам, чтобы быть принятыми во всем мире и стать одной из единиц Международной системы СИ (это произошло в 1960).

Формулы для нахождения мощности

С уроков физики многие помнят разнообразные задачки, в которых нужно было высчитать мощность тока. Как тогда, так и сегодня используется для поиска ватт формула: N = A/t.

Расшифровывалась она следующим образом: А — это количество работы, разделенное на время (t), на протяжении которого она была выполнена. А если еще вспомнить, что работа измеряется в Джоулях, а время — в секундах, получается, что 1 Вт — это 1Дж/1с.

Рассмотренную формулу можно немного видоизменить. Для этого стоит вспомнить простейшую схему для нахождения работы: A = F х S. Согласно ей получается, что работа (А) равна производной совершающей ее силы (F) на путь, пройденный объектом под воздействием данной силы (S). Теперь для нахождения мощности (ватт) формулу первую совмещаем со второй. Получается: N = F х S /t.

Дольные единицы ватт

Разобравшись с вопросом «Ватты (Вт) — это что такое?», стоит узнать какие дольные единицы можно образовывать исходя из имеющихся данных.

При изготовлении измерительных приборов для медицинских целей, а также важных лабораторных исследований, необходимо, чтобы они обладали невероятной точностью и чувствительностью. Ведь от этого зависит не просто результат, а иногда жизнь человека. Столь «чутким» аппаратам, как правило, нужна небольшая мощность — в десятки раз меньше ватта. Чтобы не мучиться со степенями и нолями, для ее определения используются дольные единицы ватта: дВт (дециватты — 10 -1), сВт (сантиватты — 10 -2), мВт (милливатты — 10 -3), мкВт (микроватты — 10 -6), нВт (нановатты -10 -9) и еще несколько более мелких, вплоть до 10 -24 — иВт (иоктоватты).

С большинством вышеперечисленных дольных единиц обычный человек не сталкивается в быту. Как правило, с ними работают только ученые-исследователи. Также данные величины фигурируют в различных теоретических расчетах.

Ватты, киловатты и мегаватты

Разобравшись с дольными, стоит рассмотреть и кратные единицы ватт. Как раз с ними каждый человек сталкивается довольно часто, разогревая воду в электрочайнике, заряжая мобильный телефон или выполняя другие ежедневные «ритуалы».

Всего на сегодняшний день учеными выделено около десятка таких единиц, однако широко известны из них всего две — киловатты (кВт — kW) и мегаватты (MW, МВт — в данном случае ставится заглавная литера «м», чтобы не путать эту единицу с милливаттами — мВт).

Один киловатт равен тысяче ватт (10 3 Вт), а один мегаватт — миллиону ватт (10 6 Вт).

Как и в случае с дольными единицами, и среди кратных есть особые, которые применяются только на узкопрофильных предприятиях. Так, на электростанциях иногда используются ГВт (гигаватты — 10 9) и ТВт (тераватты — 10 12).

Кроме указанных выше, выделяются петаватты (ПВт — 10 15), эксаватты (ЭВт — 10 18), зеттаватты (ЗВт — 10 21) и иоттаватты (ИВт — 10 24). Как и особо малые дольные единицы, большие кратные используются в основном при теоретических расчетах.

Ватт и ватт-час: в чем отличие?

Если на электроприборах мощность отображается литерой W (Вт), то при взгляде на обычный бытовой электросчетчик можно увидеть несколько другое сокращение: kW⋅h (кВт⋅ч). Оно расшифровывается как «киловатт-час».

Помимо них выделяются и ватт-часы (Вт⋅ч — W⋅h). Стоит обратить внимание, что по международным и отечественным стандартам подобные единицы в сокращенном виде записываются всегда только с точкой, а в полном варианте — через тире.

Ватт-часы и киловатт-часы являются отличными единицами от Вт и кВт. Разница состоит в том, что с их помощью измеряется не мощность передаваемой электроэнергии, а сама она непосредственно. То есть, киловатт-часы показывают, какое именно ее количество было произведено (передано или использовано) за единицу времени (в данном случае за один час).

Киловатт — кратная единица, образованная от «Ватт»

Ватт

Ватт (Вт, W) — системная единица измерения мощности.
Ватт — универсальная производная единица в системе СИ, имеющая специальное наименование и обозначение. Как единица измерения мощности, «Ватт» был признан в 1889г. Тогда же эта единица и была названа в честь Джеймса Уатта (Ватта).

Джеймс Ватт — человек, который придумал и сделал универсальную паровую машину

Как производная единица системы СИ, «Ватт» был включён в неё в 1960г.
С тех пор, в Ваттах измеряется мощность всего подряд.

В системе СИ, в Ваттах, допускается измерять любую мощность — механическую, тепловую, электрическую и т.д. Также допускается образование кратных и дольных единиц от исходной единицы (Ватт). Для этого рекомендовано использовать набор стандартных префиксов системы СИ, вида — кило, мега, гига и т.д.

Единицы измерения мощности, кратные ватт:

  • 1 ватт
  • 1000 ватт = 1 киловатт
  • 1000 000 ватт = 1000 киловатт = 1 мегаватт
  • 1000 000 000 ватт = 1000 мегаватт = 1000 000 киловатт = 1гигаватт
  • и т.д.
Киловатт-час

В системе СИ нет такой единицы измерения.
Киловатт-час (кВт⋅ч, kW⋅h) — это внесистемная единица, которая выведена исключительно для учёта использованной или произведённой электроэнергии. В киловатт-часах учитывается количество потреблённой или произведённой электроэнергии.

Использование «киловатт-час», как единицы измерения, на территории России регламентирует ГОСТ 8.417-2002, в котором однозначно указано наименование, обозначение и область применения для «киловатт-час».

Скачать ГОСТ 8.417-2002 (cкачиваний: 2996)

Выдержка из ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин», п.6 Единицы, не входящие в СИ (фрагмент таблицы 5).

Внесистемные единицы, допустимые к применению наравне с единицами СИ

Для чего нужен киловатт-час

ГОСТ 8.417-2002 рекомендует использовать «киловатт-час», как основную единицу измерения для учёта количества использованной электроэнергии. Потому что «киловатт-час» — это наиболее удобная и практичная форма, позволяющая получать наиболее приемлемые результаты.

При этом, ГОСТ 8.417-2002 абсолютно не возражает против использования кратных единиц, образованных от «киловатт-час» в тех случаях, когда это уместно и необходимо. Например, при лабораторных работах или при учёте выработанной электроэнергии на электростанциях.

Образованные кратные единицы от «киловатт-час» выглядят, соответственно:

  • 1 киловатт-час = 1000 ватт-час,
  • 1 мегаватт-час = 1000 киловатт-час,
  • и т.д.
Как правильно писать киловатт-час⋅

Правописание термина «киловатт-час» по ГОСТ 8.417-2002:

  • полное наименование нужно писать через дефис:
    ватт-час, киловатт-час
  • краткое обозначение нужно писать через точку:
    Вт⋅ч, кВт⋅ч, kW⋅h

Прим. Некоторые браузеры неверно интерпретируют HTML-код страницы и вместо точки (⋅) отображают знак вопроса (?) или иной кракозябр.

Аналоги ГОСТ 8.417-2002

Большинство национальных технических стандартов нынешних постсоветских стран увязаны со стандартами бывшего Союза, поэтому в метрологии любой страны постсоветского пространства можно найти аналог российского ГОСТ 8.417-2002, либо ссылку на него, либо его переработанный вариант.

Обозначение мощности электроприборов

Общепринятая практика — обозначать мощность электроприборов на их корпусе.
Возможно следующее обозначение мощности электрооборудования:

  • в ваттах и киловаттах (Вт, кВт, W, kW)
    (обозначение механической или тепловой мощности электроприбора)
  • в ватт-часах и киловатт-часах (Вт⋅ч, кВт⋅ч, W⋅h, kW⋅h)
    (обозначение потребляемой электрической мощности электроприбора)
  • в вольт-амперах и киловольт-амперах (VA, кVA)
    (обозначение полной электрической мощности электроприбора)
Единицы измерения для обозначения мощности электроприборов
ватт и киловатт (Вт, кВт, W, kW) — единицы измерения мощности в системе СИ Используются для обозначения общей физической мощности чего угодно, в том числе и электроприборов. Если на корпусе электроагрегата стоит обозначение в ваттах или киловаттах — это значит, что этот электроагрегат, во время своей работы, развивает указанную мощность. Как правило, в «ваттах» и «киловаттах» указывается мощность электроагрегата, который является источником или потребителем механического, теплового или иного вида энергии. В «ваттах» и «киловаттах» целесообразно обозначать механическую мощность электрогенераторов и электродвигателей, тепловую мощность электронагревательных приборов и агрегатов и т.д. Обозначение в «ваттах» и «киловаттах» производимой или потребляемой физической мощности электроагрегата происходит при условии, что применение понятия электрической мощности будет дезориентировать конечного потребителя. Например, для владельца электронагревателя важно количество полученного тепла, а уже потом — электрические расчёты.

ватт-час и киловатт-час (Вт ⋅ч, кВт ⋅ч, W ⋅h, kW ⋅h) — внесистемные единицы измерения потребляемой электрической энергии (потребляемой мощности). Потребляемая мощность — это количество электроэнергии, расходуемое электрооборудованием за единицу времени своей работы. Чаще всего, «ватт-часы» и «киловатт-часы» применяются для обозначения потребляемой мощности бытовой электротехники, по которой её собственно и выбирают.

вольт-ампер и киловольт-ампер (ВА, кВА, VA, кVA) — Единицы измерения электрической мощности в системе СИ, эквивалентные ватт (Вт) и киловатт (кВт). Используются в качестве единиц измерения величины полной мощности переменного тока. Вольт-амперы и киловольт-амперы применяются при электротехнических расчётах в тех случаях, когда важно знать и оперировать именно электрическими понятиями. В этих единицах измерения можно обозначать электрическую мощность любого электроприбора переменного тока. Такое обозначение будет наиболее соответствовать требованиям электротехники, с точки зрения которой — все электроприборы переменного тока имеют активную и реактивную составляющие, поэтому общая электрическая мощность такого прибора должна определяться суммой её частей. Как правило, в «вольт-амперах» и кратным им единицам измеряют и обозначают мощность трансформаторов, дросселей и других, чисто электрических преобразователей.

Выбор единиц измерения в каждом случае происходит индивидуально, на усмотрение производителя. Поэтому, можно встретить бытовые микроволновки от разных производителей, мощность которых указана в киловаттах (кВт, kW), в киловатт-часах (кВт⋅ч, kW⋅h) или в вольт-амперах (ВА, VA). И первое, и второе, и третье — не будет ошибкой. В первом случае производитель указал тепловую мощность (как нагревательного агрегата), во втором — потребляемую электрическую мощность (как электропотребителя), в третьем — полную электрическую мощность (как электроприбора).

Поскольку бытовое электрооборудование достаточно маломощное, чтобы учитывать законы научной электротехники, то на бытовом уровне, все три цифры — практически совпадают

Учитывая вышеизложенное можно ответить на главный вопрос статьи

Киловатт и киловатт-час | Какая разница?

  • Самая большая разница заключается в том, что киловатт — это единица измерения мощности, а киловатт-час — это единица измерения электроэнергии. Путаница и неразбериха возникает на бытовом уровне, где понятия киловатт и киловатт-час отождествляются с измерением производимой и потребляемой мощности бытового электроприбора.
  • На уровне бытового прибора-электропреобразователя — разница только в разделении понятий выдаваемой и потребляемой энергии. В киловаттах измеряется выдаваемая тепловая или механическая мощность электроагрегата. В киловатт-часах измеряется потребляемая электрическая мощность электроагрегата. Для бытового электроприбора цифры вырабатываемой (механической или тепловой) и потребляемой (электрической) энергии практически совпадают. Поэтому, в быту нет никакой разницы, в каких понятиях выражать и в каких единицах измерять мощность электроприборов.
  • Связывание единиц измерения киловатт и киловатт-час применимо только для случаев прямого и обратного преобразования электрической энергии в механическую, тепловую и т.д.
  • Совершенно недопустимо применять единицу измерения «киловатт-час» в случае отсутствия процесса преобразования электроэнергии. Например, в «киловатт-час» нельзя измерять потребляемую мощность дровяного отопительного котла, но можно измерять потребляемую мощность электрического отопительного котла. Или, например, в «киловатт-час» нельзя измерять потребляемую мощность бензинового двигателя, но можно измерять потребляемую мощность электромотора
  • В случае прямого или обратного преобразования электрической энергии в механическую или тепловую, увязать киловатт-час с другими единицами измерения энергии можно при помощи онлайн-калькулятора сайта tehnopost.kiev.ua:

Ватт — это физическая величина, с которой каждому приходится сталкиваться ежедневно, даже не зная об этом. Что же ею измеряется, когда она возникла и по какой формуле ее можно найти? Давайте найдем ответы на все эти вопросы.

Что такое ватт

Прежде всего, стоит узнать определение данного термина. Итак, ватт — единица используемая в Международной системе СИ.

Она может быть трех видов:

  • Механическая.
  • Электрическая.
  • Тепловая.

История появления

Впервые ватты стали использовать как величину для измерения мощности в Великобритании в 1882 г. До этого в ходу были лошадиные силы, причем в отдельных странах их понимание отличалось.

Изобретателем этой единицы измерения (ватт) стал «отец» промышленной революции — Джеймс Ватт (встречается вариант написания Уатт). В честь него, кстати, она и была названа. По этой причине, как и джоуль (назван фамилией британского ученого Джеймса Прескотта Джоуля), так и ватт, в сокращенном виде всегда пишется с большой буквы — Вт (по-английски W).

Начиная с 1960 г. ватт — единица измерения мощности, применяемая во всем мире. Ведь именно тогда он был признан

Формула мощности

Разобравшись с определением и историей появления ватта, стоит узнать его формулу. Выглядит она таким образом: N = А/t. И расшифровывается это как работа, разделенная на время.

Иногда для того, чтобы узнать количество ватт, формулу мощности используют несколько другую: N = F х V. В данном примере искомая величина вычисляется не при помощи работы и времени, а с использованием данных силы и скорости.

Фактически вторая формула — это своеобразная адаптация классической. Просто взято во внимание, что работа равна производной силы на расстояние (А = F х S), а скорость — частное от деления расстояния на время (V = S/t). Если поставить все эти данные: получается такой пример: N = F х S/t = F х V.

Ватты, вольты и амперы

Помимо рассмотренной в предыдущем пункте формулы для поиска изучаемой физической величины, есть и другая. Она демонстрирует взаимосвязь мощности (ватты), и силы тока (амперы).

Однако, прежде чем ознакомиться с ней, стоит узнать немного больше об этих единицах измерения.

Вольт (В, по-английски V) — это единица измерения электрического напряжения. В формулах обозначается латинской литерой U.

Ампер (А, по-английски тоже А) — величина характеризующая силу электрического тока, обозначается буквой І.

Формула взаимосвязи между мощностью, напряжением и силой тока

Кратко рассмотрев особенности всех этих величин, получаем данную формулу.

Выглядит она таким образом: Р = U х І. В ней Р — мощность (ватты), U — напряжение (вольты), І — сила тока (амперы).

При необходимости данную формулу можно моделировать, если мощность уже известна, но нужно найти силу тока (І = Р / U) или напряжение (U = Р/ І).

При современном развитии технологий, для того чтобы узнать, сколько ватт содержится в определенном количестве ампер, можно просто найти в интернете специализированную программу расчета мощности и ввести в нее имеющиеся данные. Сделать это несложно, в строке любого поисковика нужно искать фразу «калькулятор перевода ватт в амперы», и система выдаст адреса нужных сайтов.

Дольные единицы Вт

Помимо практического применения, рассматриваемые единицы часто используются для произведения многочисленных теоретических расчетов. Однако, если мощность крайне мала, записывать ватты с помощью десятичных дробей с многочисленными нулями довольно непрактично. Для облегчения этой задачи учеными были введены дольные единицы Вт. Обычно они записываются в виде степеней с минусом.

На сегодняшний день их выделено целый десяток, однако на практике многие из них не используются.

К примеру, первые две дольных единицы ватта: дВт (дециватт, равен 10 -1 Вт) и сВт (сантиватт, равен 10 -2 Вт) не рекомендуются к применению. Зато милливатт (мВт, равен 10 -3), микроватт (мкВт равен 10 -6) и нановатт (нВт равен 10 -9 Вт) — одни из самых используемых. Причем не только в расчетах, но и при изготовлении различных измерительных приборов.

К примеру, в таких медицинских аппаратах, как электрокардиограф и электроэнцефалограф, единицами измерения являются микроватты (мкВт).

Помимо перечисленных выше, есть еще пять дольных единиц: пиковатт (10 -12), фемтоватт (10 -15), аттоватт (10 -18), зептоватт (10 -21) и иоктоватт (10 -24). Однако все они применяются в редких случаях, и то лишь в теоретических расчетах.

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 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.

Ватты и ватт-часы

Разобравшись с тем, что за единица измерения ватт (а также узнав кратные и дольные ее величины и формулы нахождения), стоит уделить время рассмотрению такого близкого понятия, как ватт-часы (Вт⋅ч). Хотя названия у Вт и Вт⋅ч очень похожи, они обозначают немного разные понятия.

Вторая единица используется для измерения энергии, произведенной за определенный временной промежуток (один час).

Чтобы более понятна была разница, стоит рассмотреть работу обыкновенного электрочайника, с мощностью в 2200 Вт. Для приготовления компотов на зиму хозяйка практически непрерывно нагревала с его помощью воду на протяжении одного часа. За этот время прибор использовал 2200 Вт⋅ч. Если бы женщина взяла более слабый чайник в 1100 Вт, он бы вскипятил такое же количество жидкости за два часа и все равно бы использовал все те же 2200 Вт⋅ч.

Вся поставляемая потребителям электроэнергия измеряется не в ваттах, а именно в ватт-часах (чаще в киловатт-часах, тоже соотношения, один к тысячи). Для подтверждения этого можно просто подойти к любому домовому счетчику. Независимо от страны и фирмы-производителя, возле цифр (демонстрирующих количество используемого электричества) будет стоять пометка «киловатт-час» (кВт⋅ч). Она может быть также на английском: kilowatt-hour (kW⋅h).

При этом мощность любой синтезирующей ее электростанции измеряется в обычных ваттах (киловаттах и мегаваттах).

Power — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

Введение

Мощность — это скорость, с которой выполняется работа, или скорость, с которой энергия передается из одного места в другое или преобразуется из одного типа в другой.

P = Fv cos θ P = F · v
долларов США Космический шаттл
Мощность некоторых элементов (от большего к меньшему)
мощность (Вт) устройство, событие, явление, процесс
гамма-всплеск
3.6 × 10 39 типичный квазар
3,6 × 10 26 Солнце
1,25 × 10 15 Самый мощный лазер, 1999 (Петаватт)
1,07 × 10 15 Самый мощный лазер, 2017 г. (LFEX)
1,3 × 10 13 общее потребление человеком, в мире
3,2 × 10 12 общее потребление человеком,
1.2 × 10 10 при запуске
10 9 ~ 10 10 крупная коммерческая электростанция
4,700,000 Самый мощный тепловоз (GE AC6000 CW)
2 610 000 Самый мощный грузовик (Komatsu 980E ‑ 4)
1,800,000 Самый мощный радиопередатчик (VLF Cutler, Maine)
1,550,000 Самый мощный автомобиль (Араш AF10)
10 000 Паровая машина Ватта 1778
746 1 л.с.
100 человек, среднесуточная
1 1 ватт
0.293 1 БТЕ / ч
10 −5 человек, звуки, издаваемые при нормальной речи

шт.

Исходя из основного определения…

любые единицы работы (или энергии) и время могут быть использованы для выработки единицы мощности. В Международной системе для этого используются джоули [Дж] и секунды [с] соответственно.



Вт = Дж

с

Джоуль в секунду называется Вт [Вт] в честь шотландского инженера-механика Джеймса Ватта.Ватт наиболее известен тем, что изобрел улучшенный паровой двигатель примерно в 1770 году, и немного менее известен тем, что вскоре после этого изобрел концепцию мощности. Мощность была новым способом сравнить его двигатели с машинами, которые они должны были заменить — лошадьми. (Подробнее об этом позже.)

Ватт не подумали бы о мощности так же, как мы сегодня. Концепция энергии была изобретена только после его смерти. Для него сила была продуктом силы и скорости.

P = Fv

В системе СИ единицы, конечно, работают точно так же.Напомним, что джоуль — это произведение ньютона на метр.



Вт = Дж = Н м = Н м / с

с с

Но, конечно, Ватт не использовал систему СИ или даже ее предшественницу, метрическую систему. До 1795 года не было килограммов. Ньютон не становился единицей до 1948 года. Когда Ватт был жив, в мире единиц не было джоулей, потому что, по сути, в мире людей не было джоулей.(Джеймсу Джоулю было восемь месяцев, когда умер Джеймс Ватт.)

Джеймс Ватт использовал фунты для силы и различные английские единицы для скорости — дюймы в секунду, футы в минуту, мили в час и т. Д.

  • Киловатт-час — это единица энергии, используемая электроэнергетическими предприятиями.
  • Британские тепловые единицы в час (часто ошибочно сокращается до британских тепловых единиц) — это единица измерения мощности, используемая в сфере отопления, вентиляции и охлаждения (HVAC).
  • Лошадиная сила — это единица мощности, достаточная для подъема 33000 фунтов на 1 фут каждую 1 минуту (550 фунтов, 1 фут, 1 секунду), что эквивалентно примерно 745.70 Вт
  • https://www.google.com/search?q=33000+lbf*1+foot/1+minute

лошадиных сил и

лошадиных сил

Джеймс Ватт был шотландским инженером-механиком, наиболее известным своими усовершенствованиями в конструкции паровых двигателей. Хотя считается, что Томас Ньюкомен изобрел паровой двигатель примерно в 1698 году, усовершенствованная конструкция Ватта, запатентованная в 1769 году, стала отраслевым стандартом, приведшим в действие Промышленную революцию в Великобритании и других странах.

Один из первых коммерческих двигателей, построенных Watt, был продан медному руднику в Корнуолле, регионе Англии, где уголь был дорогим.Ватт руководил строительством специально построенных паровых двигателей на шахтах, а затем взимал лицензионный сбор, равный доле денег, сэкономленных за счет перехода на его улучшенную конструкцию.

Двигатели

Newcomen и Watt являются примерами поршневых двигателей . То же самое с двигателями большинства легковых и грузовых автомобилей. Пар нагнетается в вертикальный цилиндр, приводя поршень вверх. Пар конденсируется, и атмосферное давление опускает поршень. В двигателе с более чем одним цилиндром, когда один из поршней движется вверх, другой движется вниз.Движение одного возвратно-поступательно движением другого. (Как ни странно, двигатель с поршневым приводом даже с одним цилиндром до сих пор называют поршневым двигателем.) Поршни Ватта изначально были прикреплены к качающейся балке, которая идеально подходила для привода подъемного насоса. Это классический старинный насос с ручкой, который наверняка видел каждый — по крайней мере на фотографиях, если не лично. Более поздние механические дополнения позволили Ватту преобразовать возвратно-поступательное движение балки во вращательное движение оси.Это открыло для паровой машины новые возможности.

Самым сильным конкурентом паровой машины на момент ее изобретения была лошадь. Одним из наиболее изобретательных способов использования силы лошади была конная мельница (также известная как конский джин) — конструкция с большими спицами и осью, похожая на колесо телеги без обода, которое можно было вращать в горизонтальном направлении. Лошадей пристегивали к концам спиц (от четырех до шести за раз, для больших приложений) и заставляли ходить по кругу вокруг центрального приводного вала в течение нескольких часов.Эквивалент конной мельницы, приводимый в движение человеком, называется беговой дорожкой. Беговые дорожки 18-го века совсем не походили на тренажеры, впервые продаваемые в 20-м веке. Конные мельницы и беговые дорожки были доиндустриальными машинами для выполнения работы — не абстрактной математической работой силы, умноженной на смещение, а подлинным каторжным трудом.

Гравюра конной мельницы (1624) Гравюра конной мельницы (1851 г.)

Чтобы Ватт взимал лицензионный сбор за свои «вращающиеся» паровые машины, ему требовался экономический эквивалент — то, с чем он мог бы их сравнить.Лошади были естественным выбором, но сколько работы делает лошадь? Работа даже не подходящая концепция. Одна лошадь может сделать столько работы, но две лошади сделают это в два раза быстрее. Важен не объем работы, которую выполняет лошадь, а скорость, с которой она ее выполняет.

Ватт определил пивоварню Whitbread в Лондоне в качестве потенциального покупателя. По оценкам, крупные лондонские пивоварни, такие как Whitbread’s, использовали в среднем 20 лошадей одновременно. Лошадей Уитбреда привязали к мельнице по шесть ремней и заставили ходить по кругу диаметром 24 фута 144 раза в час, измельчая солодовый ячмень в порошок с усилием 180 фунтов.Полученное число было округлено до двух значащих цифр для удобства.

п = Fv
п = F с / ∆ t = F ( n r / t )
п = (180 фунтов) (144 × 2π × 12 футов) / (60 мин)
п = 32 572,03263… фунт-фут / мин
п = 33000 фунт · фут / мин

До того, как мистер Ватт применил паровую машину для создания вращательного движения, на крупных мануфактурах королевства мельницы приводились в движение с помощью воды, ветра или лошадей; а последние в течение многих лет почти исключительно работали на пивоварнях и ликероводочных заводах мегаполиса.Поэтому для того, кто хотел заменить мощность лошадей мощностью пара, было естественно указать число последних, которому новая мощность при данных условиях будет эквивалентна; и вполне вероятно, что Боултон и Ватт считали, что такой способ сравнения будет более понятным для обычных опасений, чем более точная и научная формула. Это дало мощность двигателя, выраженную в числах, из которых , обычная сила лошади — это единица ….

Бултон и Ватт, однако, не оставили вопрос в состоянии, которое в любом случае можно считать неправильным, но придали ему всю точность, которая может потребоваться, когда по результатам экспериментов, проведенных с использованием сильных лошадей. лондонские пивовары приняли за эталон лошадиных сил силы, способные поднять 33 000 либов. один фут в минуту ; и это, без сомнения, должно было включать допуск мощности, достаточно достаточный, чтобы покрыть обычные вариации силы лошадей и другие обстоятельства, которые могут повлиять на точность результата.

Олинтус Грегори, 1809

физиология

Сила различных видов деятельности человека Источник: Physics of the Body (платная ссылка)
мощность (Вт) активность
800 играет в баскетбол
700 на велосипеде (21 км / ч)
685 подъем по лестнице (116 ступенек / мин)
545 коньки (15 км / ч)
475 плавательный (1.6 км / ч)
440 играет в теннис
400 на велосипеде (15 км / ч)
265 ходьба (5 км / ч)
210 сидит с сосредоточенным вниманием
125 стоя в состоянии покоя
120 сидя в состоянии покоя
83 спальный
Энергия различных органов человека Источник: Physics of the Body (платная ссылка)
орган
Масса (кг) мощность (Вт) Плотность мощности (Вт / кг) % от общего числа
печень и селезенка 23 27
мозг 1.40 16 11 19
скелетные мышцы 28,00 15 0,55 18
почки 0,30 9,1 30 10
сердце 0,32 5,6 17 7
остаток 16 19
всего 65 85 100

Перевести ватт [Вт] в гигаватт [ГВт] • Конвертер мощности • Обычные преобразователи единиц • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц

Конвертер длины и расстоянияМассовый преобразовательПреобразователь сухого объема и общих измерений при приготовлении пищиПреобразователь объема и общих измерений при приготовлении пищиПреобразователь температурыДавление, напряжение, Конвертер модуля упругости ЮнгаПреобразователь энергии и рабочего времениПреобразователь мощностиПреобразователь силыПреобразователь времениЛинейный преобразователь скорости и скоростиКонвертер угловой эффективности, расхода топлива и экономии топливаКонвертер чиселПреобразователь единиц информации и хранения данныхКурсы обмена валютЖенская одежда и размеры обувиКонвертер мужской одежды и размеров обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер крутящего момента Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на массу) Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания Конвертер температурного интервалаКонвертер температурного интервалаКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер теплового сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиПлотность тепла, плотность пожарной нагрузкиКонвертер плотности потока теплаКонвертер коэффициента теплопередачиКонвертер коэффициента теплопередачиПреобразователь массового расхода ) Конвертер вязкостиКинематический преобразователь вязкостиПреобразователь поверхностного натяженияПроницаемость, проницаемость, проницаемость водяного параКонвертер скорости передачи водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаКонвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемПреобразователь яркостиПреобразователь световой интенсивности и световой потокПреобразователь разрешения цифрового изображения Конвертер фокусного расстояния Оптическая сила (D Конвертер iopter) в увеличение (X) Конвертер электрического зарядаПреобразователь линейной плотности зарядаПреобразователь плотности поверхностного зарядаПреобразователь плотности электрического токаПреобразователь линейной плотности токаПреобразователь плотности поверхностного токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимости уровней в дБмВт, дБВ, ваттах и ​​других единицах измеренияПреобразователь магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаПреобразователь плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности суммарной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность.Конвертер радиоактивного распада Конвертер радиоактивного облученияРадиация. Конвертер поглощенной дозы Конвертер метрических префиксов Конвертер передачи данных Конвертер единиц типографии и цифровой визуализации Конвертер единиц измерения объема древесины Калькулятор молярной массы Периодическая таблица

Выходная мощность локомотива GO Train MP40PH-3C производства Motive Power (Wabtec) составляет 4000 л.с. или 3000 кВт. Он может буксировать 12 автомобилей с 1800 пассажирами.

Обзор

Сила в физике — это отношение работы ко времени. Здесь под работой понимается величина силы F , необходимая для перемещения тела на расстояние s .Его также можно определить как скорость передачи энергии. Другими словами, мощность — это показатель способности машины выполнять работу.

Вагон, запряженный лошадьми, мощностью 2 л.с. или 1,5 кВт с 20 пассажирами

Единицы

Мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Наряду с ваттами используются также лошадиные силы как единица. До изобретения двигателей мощность формально не измерялась, и не было никаких единиц, связанных с ней. После изобретения паровой машины изобретатель и инженер Джеймс Ватт работал над ее усовершенствованием и повышением эффективности.Мощность — это один из показателей эффективности: если двигатель модифицируется и его выходная мощность увеличивается, увеличивается и его эффективность. Чтобы продемонстрировать эффективность усовершенствованного двигателя, Ватт предложил мощность в лошадиных силах. До изобретения двигателей люди полагались в основном на ручной труд людей и животных, поэтому для Ватта было естественным сравнить выходную мощность новой паровой машины с мощностью лошадей, особенно потому, что не каждая шахта, где он продавал свой паровой двигатель, использовала технология; некоторые использовали только лошадей.Таким образом, наличие стандартизированной меры было полезно для сравнения выходной мощности между разными двигателями и лошадьми. Позже эта мера использовалась для других машин, таких как автомобили. Ватт измерил эту единицу мощности, наблюдая и оценивая работу тягловых лошадей на мельнице. Одна лошадиная сила эквивалентна 746 Вт. Сейчас считается, что лошади не способны работать на этой мощности в течение длительного периода времени, но агрегат остается неизменным. Несмотря на то, что ватт как единица существовал почти столько же, сколько лошадиные силы, последняя чаще используется в автомобильной промышленности.

Лампа накаливания 60 Вт

Мощность бытовой техники

Мощность бытовой техники обычно указывается на ней. Светильники иногда допускают использование только лампочек определенной мощности или ниже, например 60 Вт. Это связано с тем, что лампы накаливания с большей мощностью могут повредить лампу или светильник из-за выделяемого тепла. В домашнем освещении эту проблему можно решить, используя лампы без накаливания, поскольку они обычно потребляют значительно меньше энергии при той же выходной яркости.

Большинство производителей работают над повышением эффективности бытовой техники, а также лампочек. Яркость или светимость лампочки зависит от мощности и типа лампочки. Он измеряется в люменах. Ниже приводится сравнение мощности различных источников света для домашнего использования с данными о мощности света.

  • 450 люмен:
    • Лампа накаливания: 40 Вт
    • Компактная люминесцентная лампа: 9–13 Вт
    • Светодиод: 4–9 Вт
  • 800 люмен:
  • Люминесцентные лампы мощностью 12 и 7 Вт

      9026 60 Вт
    • Компактная люминесцентная лампа: 13–15 Вт
    • Светодиод: 10–15 Вт
  • 1600 люмен
    • Лампа накаливания: 100 Вт
    • Компактная люминесцентная лампа: 23–30 Вт
    • Светодиод: 16–20 Вт

    Из приведенного выше сравнения видно, что светодиоды требуют меньше энергии, поэтому они более эффективны в работе.Цена за единицу светодиодной лампы по-прежнему высока по сравнению с лампами накаливания, но при длительном использовании она оказывается рентабельной. Некоторые страны ввели или планируют ввести запрет на лампы накаливания из-за их низкой энергоэффективности.

    Мощность бытовых приборов различается в зависимости от производителя и модели, и они имеют разную мощность при выполнении разных видов работ, но вот несколько примеров средних и приблизительных значений.

    5050 Светодиодная лента. Один светодиод потребляет примерно 200 мВт

    • Кондиционеры для бытовых сплит-систем: 20–40 кВт
    • Оконные кондиционеры: 1–2 кВт
    • Духовки: 2.1–3,6 кВт
    • Стиральные и сушильные машины: 2–3,5 кВт
    • Посудомоечные машины: 1,8–2,3 кВт
    • Электрические кастрюли: 1–2 кВт
    • Микроволновые печи: 0,65–1,2 кВт
    • кВт Холодильники1: 0,5–2 кВт
    • кВт Тостеры: 0,7–0,9 кВт

    Мощность в спорте

    Машины — не единственные объекты, которые можно оценить с помощью мощности. Работу, производимую животными и людьми, можно измерить с помощью энергии. Например, сила спортсмена, бросающего баскетбольный мяч, может быть рассчитана путем определения силы, с которой она толкает мяч на заданное расстояние, и времени, в течение которого она выполняет эту работу.Некоторые веб-сайты помогают спортсменам рассчитать выполненную работу и выходную мощность для различных типов физических упражнений на основе веса спортсмена и используемого оборудования, пройденного расстояния, рассчитанного с использованием роста спортсмена для таких упражнений, как поднятие тяжестей, и упражнения. продолжительность. Например, этот калькулятор показывает, что человек ростом 170 см и весом 70 кг вырабатывает выходную мощность 39,5 Вт, делая 50 отжиманий в течение 10 минут. Некоторые спортсмены используют специальные устройства для этих вычислений, записывают свои результаты в отношении выходной мощности, а затем анализируют их, чтобы определить эффективность своей программы тренировок.

    Динамометры

    Мощность можно измерить с помощью специального прибора — динамометра. Динамометры также могут измерять крутящий момент и силу. Они могут иметь широкий диапазон применений, от инженерии до медицины. Например, динамометры могут помочь измерить и оценить выходную мощность двигателей. Есть два типа динамометров: двигатель и шасси. Динамометры двигателя могут работать только с двигателями, снятыми с транспортного средства или машины, но они более точны. Шасси легче использовать, но они менее точные и более дорогие.

    Динамометр для шасси может измерять крутящий момент и мощность, передаваемую силовой передачей транспортного средства.

    Динамометры также могут использоваться для расчета силы людей по спортивным или медицинским причинам. Обычно они изокинетического типа. Изокинетический динамометр состоит из тренажера с датчиками, подключенного к компьютеру. Он измеряет силу различных групп мышц. Наряду с общими измерениями для тела они могут измерять выходную мощность для определенных групп мышц.Их можно запрограммировать на выдачу предупреждений при превышении заданного порогового значения мощности. Это полезно для людей с травмами, проходящих реабилитацию, или для тех, кто хочет внимательно следить за своими упражнениями.

    Согласно некоторым теориям упражнений, наибольшее улучшение производительности происходит при определенном диапазоне стимулов для данного человека. Когда упражнение слишком легкое, улучшения нет, а когда упражнение слишком сложное, спортсмен может плохо работать из-за перенапряжения.Для упражнений, которые зависят от окружающей среды, таких как езда на велосипеде и плавание, трудно измерить стимул, потому что нужно учитывать различные аспекты окружающей среды, такие как влияние ветра или состояния почвы или воды на напряжение, создаваемое упражнение. Мощность — один из самых простых способов измерить этот стимул, отслеживая реакцию спортсмена на стимул с помощью динамометра; поэтому это полезная концепция для упражнений.

    Список литературы

    Эту статью написала Екатерина Юрий

У вас возникли трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.

Полезные таблицы

Полезные таблицы

Раздел 15.8

Полезные таблицы

Таблица 1а. Базовые блоки СИ
Блок СИ
Кол-во Имя Символ
длина метр м
масса 1 килограмм кг
время секунды с
электрический ток ампер А
термодинамическая температура кельвин К
количество вещества моль моль
сила света кандела кд

1 «Вес» в просторечии часто используется для обозначения «массы».»

Таблица 1б. Дополнительные единицы SI
Блок СИ
Кол-во Имя Символ Выражение в базовой системе СИ
плоский угол радиан рад м · м -1 = 1
телесный угол стерадиан SR м 2 · м -2 = 1
Таблица 2.Примеры производных единиц СИ, выраженных в базовых единицах
Блок СИ
Кол-во Имя Символ
площадь кв.м м 2
объем куб.м м 3
скорость, скорость метра в секунду м / с
ускорение метр в секунду в квадрате м / с 2
волновое число счетчик обратный м -1
плотность, массовая плотность килограмм на кубический метр кг / м 3
удельный объем кубических метров на килограмм м 3 / кг
плотность тока ампер на квадратный метр А / м 2
Напряженность магнитного поля ампер на метр А / м
концентрация (по количеству вещества) моль на кубический метр моль / м 3
яркость кандела на квадратный метр кд / м 2
Таблица 3.Производные единицы SI со специальными именами
Блок СИ
Кол-во Имя Символ Выражение в других единицах
частота герц Гц с -1
усилие ньютон N м · кг / с 2
давление, напряжение паскаль Па Н / м 2
энергия, работа, количество тепла джоуль Дж Н · м
мощность, лучистый поток Вт Вт Дж / с
электрический заряд, количество электроэнергии кулон С с · A
электрический потенциал, разность потенциалов, электродвижущая сила вольт В Вт / А
емкость фарад F с / в
электрическое сопротивление Ом В / А
электропроводность siemens S Аудио / видео
магнитный поток Вебер Wb В · с
Плотность магнитного потока тесла Т Вт / м 2
индуктивность генри H Вт / A
Температура Цельсия 1 градуса Цельсия ° С К
световой поток люмен лм кд · sr
освещенность люкс лк лм / м 2
активность (радионуклида) беккерель Бк с -1
поглощенная доза, переданная удельная энергия, керма, поглощенная доза индекс серый Гр Дж / кг
эквивалент дозы, индекс эквивалентной дозы зиверт Св Дж / кг

1 В дополнение к термодинамической температуре (обозначение T ) выражается в градусах Кельвина (см. Таблицу 1а) также используется температура Цельсия. (обозначение t ) определяется уравнением t = T-T 0 где Т 0 = 273.15 К по определению. Чтобы выразить температуру по Цельсию, единица измерения используется «градус Цельсия», который равен единице «кельвин»; в этом случае «градус Цельсия» — это особый имя, используемое вместо «кельвин». Однако интервал или разница температур по Цельсию может быть выражается как в кельвинах, так и в градусах Цельсия.

Таблица 4. Примеры производных единиц СИ, выраженных с помощью специальных имен
Блок СИ
Кол-во Имя Символ
динамическая вязкость паскаль-секунда Па · с
момент силы Ньютон-метр Н · м
поверхностное натяжение ньютон на метр Н / м
Плотность теплового потока, энергетическая освещенность Вт на квадратный метр Вт / м 2
теплоемкость, энтропия джоуль на кельвин Дж / К
удельная теплоемкость, удельная энтропия джоуль на килограмм кельвина Дж (кг · К)
удельная энергия джоуль на килограмм Дж / кг
теплопроводность ватт на метр кельвина Вт / (м · К)
плотность энергии джоуль на кубический метр Дж / М 3
Напряженность электрического поля вольт на метр В / м
Плотность электрического заряда кулонов на кубический метр С / м 3
Плотность электрического потока кулонов на квадратный метр С / м 2
диэлектрическая проницаемость фарад на метр Ф / м
проницаемость генри на метр Г / м
молярная энергия джоуль на моль Дж / моль
мольная энтропия, мольная теплоемкость джоуль на моль кельвина Дж / (моль · К)
экспозиция (x и) кулонов на килограмм C / кг
мощность поглощенной дозы серого в секунду Гр / с
Таблица 5.Примеры производных единиц СИ, сформированных с использованием дополнительных единиц
Блок СИ
Кол-во Имя Символ
угловая скорость радиан в секунду рад / с
угловое ускорение радиан на секунду в квадрате рад / с 2
интенсивность излучения Вт на стерадиан Вт / ср
сияние Вт на квадратный метр стерадиан Вт / (м 2 · ср)
Таблица 6.Префиксы SI
Фактор Префикс Символ
10 24 йотта Y
10 21 zetta Z
10 18 exa E
10 15 пета P
10 12 тера т
10 9 гига G
10 6 мега M
10 3 кг к
10 2 га ч
10 1 дека da
10 -1 деци г
10 -2 сенти в
10 -3 милли м
10 -6 микро µ
10 -9 нано н
10 -12 пик p
10 -15 фемто f
10 -18 атто а
10 -21 zepto z
10 -24 лет л
Таблица 7.Единицы, используемые в международной системе
Имя Символ Значение в единицах СИ
минута (время) мин. 1 мин. = 60 с
час ч 1 ч = 60 мин = 3600 с
день г 1 д = 24 ч = 86400 с
градус (угол) ° 1 ° = (/ 180) рад
минута (угол) 1 ‘= (1/60) ° = (/ 10 800) рад
вторая (угол) « 1 «= (1/60) ‘= (/ 648 000) рад
1 литр л 1 L = 1 дм 3 = 10 -3 м 3
2 метрическая тонна т 1 т = 10 3 кг
га (земельный участок) га 1 га = 1 час 2 = 10 4 м 2
3 электронвольт эВ 1 эВ = 1.602 18 × 10 -19 Дж, примерно
3 единица атомной массы u 1 u = 1,660 54 × 10 -27 кг, примерно

1 И L, и l — международно признанные символы для литра. Потому что «я» легко может Следует путать с цифрой «1», символ «L» рекомендуется для использования в США.

2 Во многих странах эта единица называется «тонна».»

3 Значения этих единиц, выраженные в единицах СИ, должны быть получены эксперимент, и поэтому точно не известны. Электронвольт — это кинетическая энергия, полученная электроном, проходящим через разность потенциалов в 1 вольт в вакууме. Единая атомная масса единица равна (1/12) массы атома нуклида 12С.

Таблица 8. Единицы измерения, временно используемые в международной системе
морская миля сарай рентген
узел бар рад 3
Ангстрем галлон 2 рем 4
а.с. 1 кюри

1 Единица земельного участка.

2 Единица ускорения.

3 Единица поглощенной дозы.

4 Единица эквивалента дозы.

— Физическая лаборатория Национального института стандартов и технологий


## Полезные таблицы ##

[На главную | Оглавление | Хронология написания | Индекс | Помощь | Кредиты]

Power (физика) | Инжиниринг | Fandom

В физике степень (обозначение: P ) — это количество работы, выполненной за единицу времени.

Определение []

Это можно смоделировать как поток энергии, эквивалентный скорости изменения энергии в системе или скорости выполнения работы,

где

P силовой
E — энергия
Вт рабочий
t — время.

Средняя мощность (часто называемая просто «мощность», когда контекст становится понятным) — это средний объем выполненной работы или энергии, переданной в единицу времени.Мгновенная мощность тогда является ограничивающим значением средней мощности, поскольку интервал времени Δt приближается к нулю.

Когда скорость передачи энергии или работы постоянна, все это можно упростить до

где W и E — соответственно выполненная работа или переданная энергия во времени t .

Единицы []

Единицы мощности — это единицы энергии, разделенные на время.Единица измерения мощности в системе СИ — ватт, который равен одному джоуля в секунду. Потребляемая мощность человека [1] в среднем составляет примерно 100 Вт, от 85 Вт во время сна до 800 Вт или более при занятиях тяжелым спортом. У профессиональных велосипедистов была измерена мощность 2000 Вт в течение коротких периодов времени.

Единицы мощности, не входящие в систему СИ, включают мощность в лошадиных силах (HP), Pferdestärke (PS) [2], cheval vapeur (CV) и фут-фунты в минуту. Одна единица лошадиных сил эквивалентна 33000 фут-фунтам в минуту или мощности, необходимой для подъема 550 фунтов на один фут за одну секунду, и эквивалентна примерно 746 ваттам.Другие единицы включают дБм [3], логарифмическую меру с 1 милливаттом в качестве эталона; и килокалорий в час (часто называемые калорий в час ).

Механическая мощность []

В механике работа, выполняемая над объектом, связана с действующими на него силами посредством

где

F сила
s — смещение объекта.

Это часто резюмируют, говоря, что работа равна силе, действующей на объект, умноженной на его смещение (насколько далеко перемещается объект, пока на него действует сила).Обратите внимание, что «считается» только движение в том же направлении, что и сила.

Дифференциация по времени дает, что мгновенная мощность равна силе, умноженной на скорость объекта v ( t ):

Тогда средняя мощность

Электроэнергия []

Основная статья: Электроэнергия

Мгновенная электрическая мощность []

Мгновенная электрическая мощность P , подаваемая на компонент, определяется выражением

где

P (t) — мгновенная мощность, измеренная в ваттах
V (t) — разность потенциалов (или падение напряжения) на компоненте, измеренная в вольтах
I (t ) — ток, протекающий через него, измеряется в амперах


Если компонент представляет собой резистор, то:

или

где

R — сопротивление, измеренное в омах

Средняя электрическая мощность для синусоидальных напряжений []

Средняя мощность, потребляемая двухконтактным электрическим устройством, является функцией среднеквадратичных значений синусоидального напряжения на клеммах и синусоидального тока, проходящего через устройство.То есть,

где

P — средняя мощность, измеренная в ваттах
I — среднеквадратичное значение синусоидального переменного тока, измеренное в амперах
V — среднеквадратичное значение значение синусоидального переменного напряжения, измеренное в вольтах
φ — это фазовый угол между синусоидальными функциями напряжения и тока.

Амплитуды синусоидальных напряжений и токов, таких как те, которые используются почти повсеместно в электросетях, обычно указываются в виде среднеквадратичных значений. Это делает приведенный выше расчет простым умножением двух указанных чисел.

Эту цифру также можно назвать эффективной мощностью по сравнению с большей полной мощностью, которая выражается в реактивных вольт-амперах (ВАР) и не включает член cos φ из-за того, что ток и напряжение не совпадают по фазе. .Для простых бытовых приборов или чисто резистивной сети член cos φ (называемый коэффициентом мощности) часто можно принять равным единице и, следовательно, не включать в уравнение. В этом случае предполагается, что эффективная и полная мощность равны.

Средняя электрическая мощность переменного тока []

Где v (t) и i (t) — соответственно мгновенное напряжение и ток как функции времени.

Передача электроэнергии []

Эффективная передача электроэнергии регулируется теоремой о максимальной мощности, которая гласит, что для передачи максимальной мощности от источника с фиксированным внутренним сопротивлением к нагрузке сопротивление нагрузки должно быть равно сопротивлению источника.

Пиковая мощность и рабочий цикл []

В серии идентичных импульсов мгновенная мощность является периодической функцией времени. Отношение длительности импульса к периоду равно отношению средней мощности к пиковой мощности. Его также называют рабочим циклом (определения см. В тексте).

В случае периодического сигнала периода, например последовательности идентичных импульсов, мгновенная мощность также является периодической функцией периода. Пиковая мощность просто определяется:

Однако пиковую мощность не всегда легко измерить, а измерение средней мощности обычно выполняется с помощью прибора.Если определить энергию в импульсе как:

тогда средняя мощность:

Можно определить длину импульса так, чтобы соотношения

равны. Эти отношения называются рабочим циклом , последовательности импульсов.

Мощность в оптике []

Основная статья: Оптическая мощность

В оптике термин мощность иногда относится к средней скорости передачи энергии электромагнитным излучением.Однако термин «сила» также используется для обозначения способности линзы или другого оптического устройства фокусировать свет. Оно измеряется в диоптриях (обратных метрах) и равно единице на фокусном расстоянии оптического устройства.

См. Также []

  • По порядку величины (мощности)
  • Импульсная мощность

Внешние ссылки []

Научная нотация и метрическая система

Научная нотация и метрическая система
Физика 11 — Единицы науки

Введение

Когда вы путешествуете, всегда полезно попытаться узнать несколько слова местного языка.Итак, когда вы приступили к изучению физического мир, позвольте мне познакомить вас с несколькими словами, единицами и «валютой», которые вы встретитесь в поездке.

Scientific Notation

Важные числа в физике охватывают почти 40 порядков величины. Рассмотрим массу Солнца:

M Вс = 1 989 000 000 000 000 000 000 000 000 000 кг
Выписывать все эти нули, мягко говоря, обременительно. Даже изменение единиц измерения на метрические тонны (удаление трех нулей) не помогает. очень помогите.Более того, мы действительно не знаем массу Солнца за пределами точность четвертой цифры. Все эти нули просто хранят место, не несущие никакой полезной информации. По этой причине ученые используют сокращение, называемое научная запись для выражения очень больших или очень маленьких чисел.

В научных обозначениях масса Солнца становится:

M Солнце = 1,989 x 10 30 кг.

Число над десяти, называемое степенью , десяти или степенью , , обозначает количество десятичных знаков.Если он положительный, как в массе Солнце, десятичные знаки стоят перед десятичной точкой. Так, 10 30 означает «переместите десятичную запятую на 30 позиций вправо и заполните пустую мест с нулями »(или, говоря более математически, умножить на десять 30 раз).

Для очень малых чисел, таких как масса протона, мы используем отрицательные степени. из 10.

М п + = 0.000000000000000000000000001673 килограмма
В научных обозначениях масса протона принимает вид
M p + = 1.673 х 10 -27 кг.

Для отрицательных показателей степени 10 ставятся после десятичной точки; 10 -27 означает «переместить десятичную запятую на 27 разрядов влево и заполнить нулями» (или разделите на десять 27 раз).

Есть несколько хороших веб-страниц о научной нотации. если ты хотел бы узнать больше, попробуйте университет Мэриленда Сайт астрономических программ с Научная нотация Упражнения и Калькулятор астрономических расстояний.

Арифметика в научной записи

Арифметика с научным представлением — это всего два простых шага, как показано на таблицы ниже.

Умножение
Шаг 1. Умножьте числа
Шаг 2. Добавьте экспоненты

Итак:

(5 x 10 15 ) умноженное на (3 x 10 4 ) = (5 x 3) x 10 (15 + 4) = 15 x 10 19

Для сложения или вычитания вы должны быть осторожны, чтобы преобразовать в то же самое. экспонента.

Сложение / вычитание
Шаг 1. Преобразование в общий показатель степени
Шаг 2: сложите или вычтите.

2,5 x 10 -2 прибавляется к 3,1 x 10 -3 = 0,025 + 0,0031 = 0,0281 (или 2,81 x 10 -2 = 28,1 x 10 -3 )

Попробуем на примере. Предположим, вы хотите оценить массу нашей Галактики, Млечный путь.
В круглых числах насчитывается около полтриллиона звезд. в галактике.

Количество звезд = № * 5 х 10 11


Галактика Млечный Путь — посчитайте звезды, если у вас есть немного свободного времени.

Масса Солнца, типичная звезда, составляет примерно 2 x 10 30 килограммы. ( Ваш масса около 70 кг!)

Типичная звездная масса = M * 2 x 10 30 килограмм

Тогда масса Млечного Пути равна количеству звезд, умноженному на массу типичная звезда:

М МВт * х М * (5 x 10 11 звезд) x (2 x 10 30 кг)

Так что:

M MW (5 x 2) x 10 (11 + 30) килограмм 10 x 10 41 кг = 1 x 10 42 кг.

Это, конечно, грубая оценка, особенно потому, что теперь мы знаем что в массе Млечного Пути преобладает невидимая материя.

Деление в научной нотации — это просто обратный процесс:

Подразделение
Шаг 1. Разделите числа
Шаг 2: вычесть экспоненты

Другой пример покажет, как это делается. Предположим, вы хотели оценить количество атомов водорода в Солнце.Одна оценка была бы разделить массу Солнца на массу атома водорода. (Это предполагает что Солнце полностью состоит из атомы водорода. Это , в основном водорода, немного гелия и других добавлены более тяжелые элементы.)

N H M солнце / m H 2 x 10 30 кг / 1,67 x 10 -27 кг
Теперь мы разделим 2 и 1,67 (Опять же, это грубая оценка, поэтому мы можем взять м H 2 x 10 -27 кг) и вычтем показатель степени делителя (-27) из показатель степени делимого (30).

N H (2/2) x 10 (30 — [- 27]) 10 57
Если вы очень внимательны, вы можете проверить эти расчеты вручную.

Единицы измерения Прежде чем люди смогут делиться информацией о физическом мире, им понадобится общий язык и стандартные единицы измерения. Поскольку наука — это международное человеческое усилие, ученые всего мира согласились используют один набор единиц, когда они говорят друг с другом о своей работе.Этот всемирный стандарт называется метрической системой . . Так когда Ученый А из Катманду говорит, что расстояние до Солнца составляет 150 000 000 километров, Ученый Б из Хельсинки точно знает что это значит. Хорошее введение в единицы измерения см. В этом сайт.
Вот список фундаментальных единиц Национального института стандартов и Technology (NIST), ранее Национальное бюро стандартов.

Метрическая система имеет стандартные префиксы для обозначения относительные размеры.Как мы отметили выше, Ученый А сообщил, что расстояние до Солнца было 150 000 000 километров. Префикс «килограмм» означает 1000, поэтому килограмм метр составляет 1000 метров. В таблице ниже приведены названия некоторых показателей, используемых в эти страницы и их определения.

Метрические префиксы
ПРЕФИКС ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАУЧНЫЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
ПРЕФИКС ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАУЧНЫЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
tera 1 000 000 000 000 10 12 сенти .01 10 -2
гига 1 000 000 000 10 9 милли .001 10 -3
мега 1 000 000 10 6 микро .000001 10 -6
кг 1 000 900 20 10 3 нано .000000001 10 -9
дека 10 10 1 пико .000000000001 10 -12
деци ,1 10 -1 фемто .000000000000001 10 -15

Вот список префиксов от Национального института стандартов и Технология (NIST).

Несколько примеров использования метрических префиксов:

10 -2 pedes = 1 сороконожка
10 -3 vanillis = 1 милливанилли
10 -12 boos = 1 пикобу
10 -15 бисмол = 1 фемтобисмол

Даже метрическая система «мирового стандарта» имеет разные версии.Астрономы используют версию
из cgs (сантиметр-грамм-секунда) система, модифицированный для огромных расстояний во Вселенной и огромных масс астрономические объекты. Большинство физиков сходятся во мнении об использовании MKS. (Метр-килограмм-секунда) версия или Международная система (SI).

Длина

Для описания расстояний и размеров мы определяем стандарт длины . Единица измерения длины в системе СИ — метров, , сокращенно. «м».Метр немного длиннее ярда (39,37 дюйма)

Астрономы используют три специальных единицы измерения расстояния. Эти — это астрономическая единица (AU) , световых лет, и парсек . Астрономическая единица — это среднее расстояние до Земли. от Солнца, показанного выше.

1 AU = 1,5 x 10 10 м = 150 миллионов км = 93 миллиона миль = 8,3 «световых минут»

световых лет (св. Лет) звучит как мера времени, но это длина — расстояние, которое свет проходит за один год.(Мы в качестве единицы измерения можно использовать световой год, потому что ВСЕ световые потоки одинаковая скорость; это фундаментальная постоянная Вселенной. Подробнее об этом позже …) Итак, за год путешествий на свету:

Название парсек происходит от метода измерения расстояния, называемого параллакс. Ближайшая звезда Альфа Центавра имеет размер около 1,3 пк или 4 световых года от нас.

1 парсек = 3,26 светового года

В дополнение к этим единицам расстояния астрономы используют Ангстрем (Å) как мера размера в атомном масштабе.

1 Ангстрем = 10 -10 м.
Ангстрем размером с атом водорода. Оптические астрономы используйте Ангстрема для измерения длины волны света. нм (нм = 10 -9 м = 10Å) также используется в качестве измеритель длины волны оптического света и микрометр или микрон (мкм = 10 -6 м = 10 3 нм = 10 000Å) используется для описания длин волн инфракрасного излучения.
Масса

Всем известно, что космонавты на весят на меньше, когда они гуляют по Луне, чем когда они вернутся на Землю.Поскольку Луна менее массивен, чем Земля, его гравитационное притяжение меньше. Очень важно иметь единицу измерения «количества материала», которая могла бы быть одинаковым повсюду во Вселенной. Эта единица «материала» называется масса. Итак, вес космонавта меньше на Луне, но его масса меньше точно так же. Собственно вес и масса — это разные вещи. Ваш вес гравитационное притяжение между вами и Землей. (Или что угодно планеты, которую вы, возможно, посещаете.) Ваша масса — это мера вашего инерция, ваше сопротивление изменениям в движении.Здесь хорошее объяснение массы.

Единица массы в системе СИ — килограмм . это около 10% свыше двух фунтов:

0,454 кг = 454 грамма = 16 унций = 1 фунт

Определяющим эталоном массы является 1-килограммовый платино-иридиевый цилиндр, расположенный в Международном бюро мер и весов в г. Севр, Франция. Копия стандарта находится в Национальный институт Стандарты и технологии в Боулдере и других национальных лабораториях вокруг света.
Следует пересмотреть международный стандарт килограмма? Читать об этом здесь.

В очень большом (астрономическом) масштабе и очень маленьком (атомном) масштабе два используются другие единицы массы. Для измерения атомных масс Используется единица атомной массы (а.е.м.) . в а.е.м. определяется как одна двенадцатая массы обычного атома углерода:

1 а.е.м. = м ( 12 C) / 12 = 1,66 x 10 -27 кг

немного меньше массы протона. Для звезд, галактик и т. Д. Мы используем солнечной массы

M 2 x 10 30 кг

где «» — стандартная астрономическая символ солнца.Масса нашей Галактики Млечный Путь составляет около 10 12 М .

Время
Единица времени MKS — секунд . В стандарт времени поддерживается NIST с использованием атомных часов цезия, таких как один вправо.
  • Посетите Atomic Часы экскурсии по выставке.
  • Синхронизировать часы на «официальное» время США.

Атомные часы по NIST
Энергия

Большая часть физики и астрофизики связана с пониманием производство энергии и отдача энергии от объектов. Энергосбережение принципы являются одними из самых важных и полезных физических инструментов. Единица измерения энергии в системе СИ — джоулей . А джоулей — количество энергии содержится в движении массы 1 кг, движущейся со скоростью 1 метр / секунду или примерно энергия, представленная кирпичом, движущимся со скоростью 2 миль / ч . Выработка, производство или потребление энергии объекта — это его Мощность , измеряется в джоулях в секунду или Ватт . Лампа мощностью 100 Вт потребляет 100 Вт. электроэнергии.Возможно, более знакомая единица силы, лошадиных сил связаны между собой:

На атомном / ядерном уровне энергии часто выражаются в электрон-вольт (сокращенно «эВ»), энергия электрона ускоряется через напряжение 1 вольт (1 эВ = 1,6 x 10 -19 джоулей). Уровни энергии и энергии ионизации большинства атомов составляют несколько эВ . Энергии рентгеновских фотонов часто цитируются в . килоэлектронвольт (кэВ).Гамма-лучи и ядерные энергии равны чаще всего МэВ .

Как указано в формуле Эйнштейна,

E = mc 2 ,
масса и энергия одинаковы; можно преобразовать в другой. По этой причине массы субатомных частиц, таких как протоны и электроны иногда задаются как эквивалентная энергия, обычно в МэВ. Это также называется «энергия массы покоя». частицы. «Энергия массы покоя» электрона, m e = 0.511 МэВ. Протон «энергия покоя», m p = 938 МэВ. Ускорители или «разрушители атома» физики элементарных частиц требуют этих огромных энергий для производства элементарных частиц.
Сила

В природе сил и являются «толчками», которые вызывают массы двигаться.

F = ma

Второй закон Ньютона гласит, что сила равна массе, умноженной на ускорение.Мы единицы массы обсуждались ранее. Ускорение — это изменение в скорости движения объекта, увеличивающейся или уменьшающейся. (Ускорение положительно, если скорость объекта равна , увеличивается , а ускорение отрицательно, если объект замедляет ). Итак, силы вызывают изменение в скорости объекта. Это означает, что объект в состоянии покоя (скорость = 0), или объект, движущийся с постоянной (неизменной) скоростью, не действует по силам.Отсутствие изменения скорости означает отсутствие сил или баланс силы, которые нейтрализуют друг друга.

Мы начали это обсуждение физических величин и их единиц измерения. измерения, потому что мы хотели общую систему отсчета, которая была бы поняты и приняты учеными во всем мире. Теперь нам нужно немного единицы для описания сил и ускорений. Но вдруг нам нужны единицы которые отличаются от тех, что мы использовали до сих пор. Если я хочу тебе сказать о скорости или ускорении ракеты, есть 2 части описание.Я должен вам сказать , насколько быстро скорость меняется, И в в какой направление идет . Единицы массы и энергии, с которыми мы столкнулись раньше была только одна часть. Даже единицы времени имеют только одну часть, потому что для нас время течет только в одном направлении. Но физические объекты могут двигаться в любом направлении и может ускоряться или замедляться. Итак, единицы сила, скорость и ускорение должны указывать на «величину изменения», а «направление движения». Величины, имеющие как величину, так и направление, называются векторов .Физические величины, имеющие только Величина, такая как масса или энергия, называются скалярами.

  • Хорошее введение в векторы.
  • Подробнее о векторах с самопроверкой.

    В системе SI единицей силы является Ньютон. .

    1 Ньютон = 1 килограмм-м / сек 2

  • Масштаб Вселенной Физика 11 Лекций Физика 11 Дом


    Проводит Джин Смит, CASS / UCSD.
    комментариев? Вы можете отправить электронное письмо по адресу [email protected]

    Prof. H. E. (Gene) Smith
    CASS 0424 UCSD
    9500 Gilman Drive
    La Jolla, CA

    -0424




    Последнее обновление: 25 сентября 2003 г.

    D Глоссарий ключевых символов и обозначений — College Physics

    Квантовое число углового момента Квантовое число проекции углового момента Активность Период Период полураспада Обозначение Обозначение
    любой символ ¯ любой символ ¯ размер 12 {{overline {«any» `» symbol «}}} {} средняя (обозначается полосой над символом, например, v¯v¯ size 12 {{overline {v}}} {} — средняя скорость)
    ° C ° C размер 12 {° C} {} градусов Цельсия
    ° F ° F размер 12 {° F} {} градусов по Фаренгейту
    //// размер 12 {«//»} {} параллельно
    ⊥⊥ размер 12 {орто} {} перпендикуляр
    ∝∝ размер 12 {prop} {} пропорционально
    ± ± размер 12 {+ — {}} {} плюс-минус
    00 размер 12 {{} rSub {размер 8 {0}}} {} ноль в качестве нижнего индекса обозначает начальное значение
    αα размер 12 {α} {} альфа-лучи
    αα размер 12 {α} {} угловое ускорение
    αα размер 12 {α} {} температурный коэффициент (ы) удельного сопротивления
    ββ размер 12 {β} {} бета-лучи
    ββ размер 12 {β} {} уровень звука
    ββ размер 12 {β} {} объемный коэффициент расширения
    β − β− размер 12 {β rSup {размер 8 {- {}}}} {} электрон испускается при бета-распаде ядра
    β + β + размер 12 {β rSup {размер 8 {+ {}}}} {} распад позитрона
    γγ размер 12 {γ} {} гамма-лучи
    γγ размер 12 {γ} {} поверхностное натяжение
    γ = 1/1 − v2 / c2γ = 1/1 − v2 / c2 размер 12 {γ = {1} косая черта {sqrt {1 — {v rSup {размер 8 {2}}} косая черта {c rSup {размер 8 { 2}}}}}} {} константа, используемая в теории относительности
    ΔΔ размер 12 {Δ} {} изменение любого количества, следующего за
    δδ размер 12 {δ} {} неопределенность в любой величине, следующей за
    ΔEΔE размер 12 {ΔE} {} изменение энергии между начальной и конечной орбитами электрона в атоме
    ΔEΔE размер 12 {ΔE} {} Неуверенность в энергии
    ΔmΔm размер 12 {Δm} {} разница в массе между исходным и конечным продуктом
    ΔNΔN размер 12 {ΔN} {} количество распадов
    ΔpΔp размер 12 {Δp} {} изменение импульса
    ΔpΔp размер 12 {Δp} {} Неопределенность импульса
    ΔPEgΔPEg размер 12 {Δ «PE» rSub {размер 8 {g}}} {} изменение гравитационной потенциальной энергии
    ΔθΔθ размер 12 {Δθ} {} угол поворота
    ΔsΔs размер 12 {Δs} {} пройденное расстояние по круговой траектории
    ΔtΔt размер 12 {Δt} {} неопределенность во времени
    Δt0Δt0 размер 12 {Δt rSub {размер 8 {0}}} {} собственное время, измеренное наблюдателем в состоянии покоя относительно процесса
    ΔVΔV размер 12 {ΔV} {} разность потенциалов
    ΔxΔx размер 12 {Δx} {} неопределенность положения
    ε0ε0 размер 12 {ε rSub {размер 8 {0}}} {} диэлектрическая проницаемость свободного пространства
    ηη размер 12 {η} {} вязкость
    θθ размер 12 {θ} {} Угол между вектором силы и вектором смещения
    θθ размер 12 {θ} {} угол между двумя линиями
    θθ размер 12 {θ} {} угол контакта
    θθ размер 12 {θ} {} направление результирующего
    θbθb размер 12 {θ rSub {size 8 {b}}} {} Угол Брюстера
    θcθc размер 12 {θ rSub {size 8 {c}}} {} критический угол
    κκ размер 12 {κ} {} диэлектрическая проницаемость
    λλ размер 12 {λ} {} константа распада нуклида
    λλ размер 12 {λ} {} длина волны
    λnλn размер 12 {λ rSub {размер 8 {n}}} {} длина волны в среде
    μ0μ0 размер 12 {μ ​​rSub {размер 8 {0}}} {} проницаемость свободного пространства
    μkμk размер 12 {μ ​​rSub {размер 8 {k}}} {} коэффициент кинетического трения
    мкс мкс размер 12 {μ ​​rSub {размер 8 {s}}} {} коэффициент трения покоя
    veve размер 12 {v rSub {размер 8 {e}}} {} электронное нейтрино
    π + π + размер 12 {π rSup {размер 8 {+ {}}}} {} положительный пион
    π − π− размер 12 {π rSup {размер 8 {- {}}}} {} отрицательный пион
    π0π0 размер 12 {π rSup {размер 8 {0}}} {} нейтральный пион
    ρρ размер 12 {ρ} {} плотность
    ρcρc размер 12 {ρ rSub {размер 8 {c}}} {} критическая плотность, плотность, необходимая только для остановки универсального расширения
    ρflρfl размер 12 {ρ rSub {размер 8 {«fl»}}} {} плотность жидкости
    ρ¯objρ¯obj size 12 {{overline {ρ}} rSub {size 8 {«obj»}}} {} средняя плотность объекта
    ρ / ρwρ / ρw размер 12 {{ρ} косая черта {ρ rSub {размер 8 {w}}}} {} удельный вес
    ττ размер 12 {τ} {} характеристическая постоянная времени для сопротивления и индуктивности (RL) (RL) размера 12 {\ (ital «RL» \)} {} или сопротивления и емкости (RC) (RC) размера 12 {\ (ital «RC» \) } {} схема
    ττ размер 12 {τ} {} характеристическое время для резистора и конденсатора (RC) (RC) габарита 12 {\ (ital «RC» \)} {} схема
    ττ размер 12 {τ} {} крутящий момент
    ΥΥ размер 12 {Υ} {} ипсилон-мезон
    ΦΦ размер 12 {Φ} {} магнитный поток
    ϕϕ размер 12 {ϕ} {} фазовый угол
    ΩΩ размер 12 {% OMEGA} {} Ом (единица)
    ωω размер 12 {ω} {} угловая скорость
    Размер AA 12 {A} {} ампер (текущая единица)
    Размер AA 12 {A} {} площадь
    Размер AA 12 {A} {} площадь поперечного сечения
    Размер AA 12 {A} {} общее количество нуклонов
    aa размер 12 {a} {} ускорение
    aBaB размер 12 {a rSub {размер 8 {B}}} {} Радиус Бора
    acac размер 12 {a rSub {размер 8 {c}}} {} центростремительное ускорение
    atat size 12 {a rSub {size 8 {t}}} {} тангенциальное ускорение
    ACAC размер 12 {«AC»} {} переменного тока
    AMAM размер 12 {«AM»} {} амплитудная модуляция
    атм. размер 12 {«атм»} {} атмосфера
    BB размер 12 {B} {} барионное число
    BB размер 12 {B} {} синий кварк цвет
    B¯B¯ размер 12 {{overline {B}}} {} антисиний (желтый) цвет антикварк
    bb размер 12 {b} {} дно со вкусом творога или красотка
    BB размер 12 {B} {} Модуль объемной упругости
    BB размер 12 {B} {} Напряженность магнитного поля
    BintBint размером 12 {B rSub {size 8 {«int»}}} {} Собственное магнитное поле электрона
    BorbBorb размер 12 {B rSub {размер 8 {«orb»}}} {} Орбитальное магнитное поле
    BEBE размер 12 {«BE»} {} энергия связи ядра — это энергия, необходимая для полного разложения его на отдельные протоны и нейтроны
    BE / ABE / A размер 12 {{«BE»} косая черта {A}} {} энергия связи на нуклон
    Размер 12 БкБк {«Бк»} {} беккерель — один распад в секунду
    Размер CC 12 {C} {} Емкость (количество накопленного заряда на вольт)
    Размер CC 12 {C} {} кулон (основная единица заряда в системе СИ)
    CpCp, размер 12 {C rSub {size 8 {p}}} {} общая емкость параллельно
    CsCs размер 12 {C rSub {размер 8 {s}}} {} общая емкость в серии
    CGCG размер 12 {«CG»} {} центр тяжести
    CMCM размер 12 {«CM»} {} центр масс
    кубический размер 12 {c} {} Шарм со вкусом творога
    кубический размер 12 {c} {} удельная теплоемкость
    кубический размер 12 {c} {} скорость света
    CalCal size 12 {«Cal»} {} килокалорий
    размер известкового налета 12 {«cal»} {} калорий
    COPhpCOPhp, размер 12 {ital «COP» rSub {size 8 {«hp»}}} {} КПД теплового насоса
    COPrefCOPref размер 12 {ital «COP» rSub {size 8 {«ref»}}} {} КПД холодильников и кондиционеров
    cosθcosθ размер 12 {«cos» θ} {} косинус
    cotθcotθ size 12 {«детская кроватка» θ} {} котангенс
    cscθcscθ размер 12 {«csc» θ} {} косеканс
    DD размер 12 {D} {} постоянная диффузии
    dd размер 12 {d} {} рабочий объем
    dd размер 12 {d} {} творожный ароматный пух
    дБдБ, размер 12 {«дБ»} {} децибел
    диди размер 12 {d rSub {размер 8 {i}}} {} расстояние изображения от центра линзы
    додо размер 12 {d rSub {размер 8 {o}}} {} расстояние объекта от центра линзы
    DCDC размер 12 {«DC»} {} постоянный ток
    EE размер 12 {E} {} Напряженность электрического поля
    εε размер 12 {ε} {} ЭДС (напряжение) или электродвижущая сила Холла
    emfemf размер 12 {«emf»} {} электродвижущая сила
    EE размер 12 {E} {} энергия одиночного фотона
    EE размер 12 {E} {} энергия ядерной реакции
    EE размер 12 {E} {} полная релятивистская энергия
    EE размер 12 {E} {} общая энергия
    E0E0 размер 12 {E rSub {размер 8 {0}}} {} энергия основного состояния для водорода
    E0E0 размер 12 {E rSub {размер 8 {0}}} {} энергия покоя
    ECEC размер 12 {«EC»} {} захват электронов
    EcapEcap размер 12 {E rSub {размер 8 {«cap»}}} {} энергия, запасенная в конденсаторе
    EffEff, размер 12 {ital «Eff»} {} КПД — полезная работа, деленная на вложенную энергию
    EffCEffC, размер 12 {ital «Eff» rSub {size 8 {C}}} {} КПД Карно
    EinEin размер 12 {E rSub {размер 8 {«in»}}} {} потребляемая энергия (пища, усваиваемая человеком)
    EindEind размер 12 {E rSub {size 8 {«ind»}}} {} энергия, запасенная в индукторе
    EoutEout размер 12 {E rSub {размер 8 {«out»}}} {} выход энергии
    ее размер 12 {e} {} излучательная способность объекта
    e + e + размер 12 {e rSup {размер 8 {+ {}}}} {} антиэлектрон или позитрон
    размер 12 эВэВ {«эВ»} {} электрон-вольт
    FF, размер 12 {F} {} фарад (единица емкости, кулон на вольт)
    FF, размер 12 {F} {} фокус объектива
    FF, размер 12 {F} {} сила
    FF, размер 12 {F} {} величина силы
    FF, размер 12 {F} {} восстанавливающая сила
    FBFB размер 12 {F rSub {размер 8 {B}}} {} подъемная сила
    FcFc размер 12 {F rSub {размер 8 {c}}} {} центростремительная сила
    FiFi размер 12 {F rSub {размер 8 {i}}} {} усилие
    FnetFnet размер 12 {F rSub {размер 8 {«net»}}} {} полезная сила
    FoFo размер 12 {F rSub {размер 8 {o}}} {} выходное усилие
    FMFM размер 12 {«FM»} {} частотная модуляция
    ff размер 12 {f} {} фокусное расстояние
    ff размер 12 {f} {} частота
    f0f0 размер 12 {f rSub {размер 8 {0}}} {} Резонансная частота сопротивления, индуктивности и емкости (RLC) (RLC) размер 12 {\ (ital «RLC» \)} {} последовательная цепь
    f0f0 размер 12 {f rSub {размер 8 {0}}} {} пороговая частота для конкретного материала (фотоэффект)
    f1f1 размер 12 {f rSub {размер 8 {1}}} {} основной
    f2f2 размер 12 {f rSub {размер 8 {2}}} {} первый обертон
    f3f3 размер 12 {f rSub {размер 8 {3}}} {} второй обертон
    fBfB размер 12 {f rSub {размер 8 {B}}} {} частота ударов
    fkfk размер 12 {f rSub {размер 8 {k}}} {} Величина кинетического трения
    fsfs размер 12 {f rSub {размер 8 {s}}} {} величина статического трения
    GG размер 12 {G} {} гравитационная постоянная
    GG размер 12 {G} {} зеленый кварк цвет
    G¯G¯ размер 12 {{overline {G}}} {} антизеленый (пурпурный) цвет антикварк
    gg размер 12 {g} {} ускорение свободного падения
    gg размер 12 {g} {} глюонов (частицы-носители для сильного ядерного взаимодействия)
    hh размер 12 {h} {} изменение вертикального положения
    hh размер 12 {h} {} высота над некоторой точкой отсчета
    hh размер 12 {h} {} Максимальная высота снаряда
    hh размер 12 {h} {} Постоянная Планка
    hfhf размер 12 {ital «hf»} {} энергия фотона
    hihi размер 12 {h rSub {размер 8 {i}}} {} высота изображения
    hoho размер 12 {h rSub {размер 8 {o}}} {} высота объекта
    II размер 12 {I} {} электрический ток
    II размер 12 {I} {} интенсивность
    II размер 12 {I} {} интенсивность прошедшей волны
    II размер 12 {I} {} момент инерции (также называемый инерцией вращения)
    I0I0 размер 12 {I rSub {размер 8 {0}}} {} Интенсивность поляризованной волны до прохождения через фильтр
    IaveIave размер 12 {I rSub {size 8 {«ave»}}} {} Средняя интенсивность непрерывной синусоидальной электромагнитной волны
    IrmsIrms, размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {} средняя текущая
    JJ размер 12 {J} {} джоуль
    J / ΨJ / Ψ размер 12 {{J} косая черта {Ψ}} {} Джоуль / пси-мезон
    KK размер 12 {K} {} кельвин
    кк размер 12 {к} {} Постоянная Больцмана
    кк размер 12 {к} {} силовая постоянная пружины
    KαKα размер 12 {K rSub {размер 8 {α}}} {} рентгеновских лучей, создаваемых, когда электрон попадает в вакансию оболочки n = 1n = 1 размером 12 {n = 1} {} из n = 3n = 3 размер 12 {n = 3} {} оболочки
    KβKβ размер 12 {K rSub {размер 8 {β}}} {} рентгеновских лучей, создаваемых, когда электрон попадает в вакансию оболочки n = 2n = 2 размера 12 {n = 2} {} из n = 3n = 3 размер 12 {n = 3} {} оболочки
    ккалкал 12 {«ккал»} {} килокалорий
    KEKE размер 12 {«KE»} {} поступательная кинетическая энергия
    KE + PEKE + PE размер 12 {«KE» + «PE»} {} механическая энергия
    KEeKEe размер 12 {«KE» rSub {размер 8 {e}}} {} кинетическая энергия выброшенного электрона
    KErelKErel размер 12 {«KE» rSub {size 8 {«rel»}}} {} релятивистская кинетическая энергия
    KErotKrot размер 12 {«KE» rSub {size 8 {«rot»}}} {} кинетическая энергия вращения
    KE¯KE¯ размер 12 {{overline {«KE»}}} {} тепловая энергия
    кгкг размер 12 {«кг»} {} килограмм (основная единица массы в системе СИ)
    LL размер 12 {L} {} угловой момент
    LL размер 12 {L} {} литр
    LL размер 12 {L} {} Величина углового момента
    LL размер 12 {L} {} самоиндукция
    ℓℓ размер 12 {ℓ} {}
    LαLα размер 12 {L rSub {размер 8 {α}}} {} рентгеновских лучей, создаваемых, когда электрон попадает в оболочку n = 2n = 2 размера 12 {n = 2} {} из оболочки n = 3n = 3 размера 12 {n = 3} {}
    LeLe размер 12 {L rSub {размер 8 {e}}} {} электрон общее семейное число
    LμLμ размер 12 {L rSub {размер 8 {μ}}} {} Общее количество семейства мюонов
    LτLτ размер 12 {L rSub {размер 8 {τ}}} {} семья тау всего
    LfLf размер 12 {L rSub {размер 8 {f}}} {} теплота плавления
    Lf andLvLf andLv размер 12 {L rSub {размер 8 {f}} «и» `L rSub {размер 8 {v}}} {} коэффициенты скрытой теплоты
    LorbLorb размер 12 {L rSub {размер 8 {«orb»}}} {} орбитальный угловой момент
    LsLs размер 12 {L rSub {размер 8 {s}}} {} теплота сублимации
    LvLv размер 12 {L rSub {размер 8 {v}}} {} теплота испарения
    LzLz размер 12 {L rSub {размер 8 {z}}} {} z — составляющая момента количества движения
    Размер мм 12 {M} {} угловое увеличение
    Размер мм 12 {M} {} взаимная индуктивность
    размер 12 мм {м} {} указывает на метастабильное состояние
    размер 12 мм {м} {} увеличение
    размер 12 мм {м} {} масса
    размер 12 мм {м} {} Масса объекта, измеренная человеком в состоянии покоя относительно объекта
    размер 12 мм {м} {} метр (основная единица измерения длины в системе СИ)
    размер 12 мм {м} {} порядок вмешательства
    размер 12 мм {м} {} общее увеличение (произведение отдельных увеличений)
    mAXmAX, размер 12 {м слева («» lSup {размер 8 {A}} X справа)} {} атомная масса нуклида
    MAMA размер 12 {«MA»} {} механическое преимущество
    мем размером 12 {m rSub {size 8 {e}}} {} Увеличение окуляра
    мем размером 12 {m rSub {size 8 {e}}} {} масса электрона
    мℓмℓ размер 12 {м rSub {размер 8 {ℓ}}} {}
    mnmn размер 12 {m rSub {size 8 {n}}} {} масса нейтрона
    momo размер 12 {м rSub {размер 8 {o}}} {} Увеличение линзы объектива
    размер мольмоль 12 {«моль»} {} моль
    MPMP размер 12 {m rSub {размер 8 {p}}} {} масса протона
    MSMS размер 12 {м rSub {размер 8 {s}}} {} квантовое число проекции спина
    NN размер 12 {N} {} Величина нормальной силы
    NN размер 12 {N} {} ньютон
    NN размер 12 {N} {} нормальная сила
    NN размер 12 {N} {} количество нейтронов
    nn размер 12 {n} {} показатель преломления
    размер nn 12 {n} {} количество бесплатных начислений на единицу объема
    NANA размер 12 {N rSub {размер 8 {A}}} {} Число Авогадро
    NrNr размер 12 {N rSub {size 8 {r}}} {} Число Рейнольдса
    НмН⋅м, размер 12 {N cdot m} {} ньютон-метр (единица работы-энергии)
    НмН⋅м, размер 12 {N cdot m} {} Ньютон на метр (единица измерения крутящего момента в системе СИ)
    OEOE размер 12 {«OE»} {} другая энергия
    ПП размер 12 {P} {} мощность
    ПП размер 12 {P} {} оптическая сила линзы
    ПП размер 12 {P} {} давление
    размер страницы 12 {p} {} импульс
    размер страницы 12 {p} {} импульсная величина
    размер страницы 12 {p} {} релятивистский импульс
    ptotptot size 12 {p rSub {size 8 {«tot»}}} {} общий импульс
    ptot’ptot ‘размер 12 {{{p}} sup {‘} rSub {size 8 {`» tot «}}} {} общий импульс некоторое время спустя
    PabsPabs размер 12 {P rSub {size 8 {«abs»}}} {} абсолютное давление
    PatmPatm размер 12 {P rSub {size 8 {«atm»}}} {} атмосферное давление
    PatmPatm размер 12 {P rSub {size 8 {«atm»}}} {} стандартное атмосферное давление
    PEPE размер 12 {«PE»} {} потенциальная энергия
    PEELPEel размер 12 {«PE» rSub {size 8 {«el»}}} {} Упругая потенциальная энергия
    PEelecPEelec размер 12 {«PE» rSub {size 8 {«elec»}}} {} электрическая потенциальная энергия
    PEsPEs размер 12 {«PE» rSub {size 8 {s}}} {} потенциальная энергия пружины
    PgPg размер 12 {P rSub {size 8 {g}}} {} манометрическое давление
    PinPin размер 12 {P rSub {size 8 {«in»}}} {} потребляемая мощность или потребляемая мощность
    PoutPout размер 12 {P rSub {size 8 {«out»}}} {} полезная выходная мощность, переходящая в полезную работу или желаемую форму энергии
    QQ размер 12 {Q} {} скрытое тепло
    QQ размер 12 {Q} {} чистое тепло передано в систему
    QQ размер 12 {Q} {} расход — объем в единицу времени, проходящий мимо точки
    + Q + Q размер 12 {+ Q} {} положительный заряд
    −Q − Q размер 12 {- Q} {} отрицательный заряд
    qq размер 12 {q} {} заряд электрона
    qpqp размер 12 {q rSub {размер 8 {p}}} {} заряд протона
    qq размер 12 {q} {} пробный заряд
    QFQF размер 12 {«QF»} {} добротность
    Размер RR 12 {R} {} , скорость распада
    Размер RR 12 {R} {} радиус кривизны сферического зеркала
    Размер RR 12 {R} {} красный кварк цвет
    R¯R¯ размер 12 {{overline {R}}} {} антикрасный (голубой) кварк, цвет
    Размер RR 12 {R} {} сопротивление
    Размер RR 12 {R} {} результирующее или полное смещение
    Размер RR 12 {R} {} постоянная Ридберга
    Размер RR 12 {R} {} универсальная газовая постоянная
    размер rr 12 {r} {} расстояние от точки поворота до точки приложения силы
    размер rr 12 {r} {} внутреннее сопротивление
    r⊥r⊥ размер 12 {r rSub {размер 8 {ortho}}} {} Плечо перпендикулярного рычага
    размер rr 12 {r} {} радиус ядра
    размер rr 12 {r} {} радиус закругления
    размер rr 12 {r} {} удельное сопротивление
    r или radr или rad размер 12 {«r or rad»} {} единица дозы облучения
    remrem размер 12 {«rem»} {} человек в рентгеновском эквиваленте
    радрад размер 12 {«рад»} {} радиан
    RBERBE размер 12 {«RBE»} {} относительная биологическая эффективность
    RCRC размер 12 {ital «RC»} {} цепь резистора и конденсатора
    rmsrms размер 12 {«rms»} {} Среднеквадратичное значение
    rnrn размер 12 {r rSub {размер 8 {n}}} {} радиус n -й орбиты H-атома
    RpRp размер 12 {R rSub {размер 8 {p}}} {} полное сопротивление параллельного соединения
    RsRs размер 12 {R rSub {size 8 {s}}} {} полное сопротивление последовательного соединения
    RsRs размер 12 {R rSub {size 8 {s}}} {} Радиус Шварцшильда
    SS размер 12 {S} {} энтропия
    Размер SS 12 {S} {} Собственный спин (собственный угловой момент)
    Размер SS 12 {S} {} Величина собственного (внутреннего) спинового углового момента
    Размер SS 12 {S} {} модуль сдвига
    SS размер 12 {S} {} квантовое число странности
    ss размер 12 {s} {} творожный аромат странный
    ss размер 12 {s} {} секунда (основная единица времени в системе СИ)
    ss размер 12 {s} {} спиновое квантовое число
    ss размер 12 {s} {} полный рабочий объем
    secθsecθ размер 12 {«sec» θ} {} секущая
    sinθsinθ размер 12 {«sin» θ} {} синус
    szsz размер 12 {s rSub {размер 8 {z}}} {} z -компонента спинового углового момента
    Размер ТТ 12 {T} {} — время завершения одного колебания
    Размер ТТ 12 {T} {} температура
    TcTc размер 12 {T rSub {размер 8 {c}}} {} критическая температура — температура, ниже которой материал становится сверхпроводником
    Размер ТТ 12 {T} {} напряжение
    Размер ТТ 12 {T} {} тесла (напряженность магнитного поля B )
    тт размер 12 {т} {} верх со вкусом творога или правда
    тт размер 12 {т} {} время
    t1 / 2t1 / 2 размер 12 {t rSub {size 8 {{1} косая черта {2}}}} {} — время, за которое половина исходных ядер распадается.
    tanθtanθ размер 12 {«tan» θ} {} касательная
    UU размер 12 {U} {} внутренняя энергия
    uu размер 12 {u} {} творожный аромат до
    uu размер 12 {u} {} единица атомной массы
    uu размер 12 {u} {} Скорость объекта относительно наблюдателя
    u’u ‘размер 12 {{{u}} sup {‘}} {} Скорость относительно другого наблюдателя
    VV размер 12 {V} {} электрический потенциал
    VV размер 12 {V} {} напряжение на клеммах
    VV размер 12 {V} {} вольт (единица)
    VV размер 12 {V} {} том
    vv размер 12 {v} {} относительная скорость между двумя наблюдателями
    vv размер 12 {v} {} скорость света в материале
    vv размер 12 {v} {} скорость
    v¯v¯ размер 12 {{overline {v}}} {} средняя скорость жидкости
    VB − VAVB − VA размер 12 {V rSub {размер 8 {B}} — V rSub {размер 8 {A}}} {} изменение потенциала
    vdvd размер 12 {v rSub {размер 8 {d}}} {} скорость дрейфа
    Впвп, размер 12 {V rSub {размер 8 {p}}} {} входное напряжение трансформатора
    VrmsVrms, размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} действующее напряжение
    VsVs размер 12 {V rSub {size 8 {s}}} {} Выходное напряжение трансформатора
    vtotvtot размер 12 {v rSub {size 8 {«tot»}}} {} общая скорость
    vwvw размер 12 {v rSub {размер 8 {w}}} {} скорость распространения звука или другой волны
    vwvw размер 12 {v rSub {размер 8 {w}}} {} скорость волны
    WW размер 12 {W} {} работа
    WW размер 12 {W} {} чистая работа, выполненная системой
    WW размер 12 {W} {} ватт
    ww размер 12 {w} {} вес
    wflwfl размер 12 {w rSub {размер 8 {«fl»}}} {} Масса жидкости, вытесненной предметом
    Туалет, размер 12 {W rSub {размер 8 {c}}} {} общая работа, проделанная всеми консервативными силами
    WncWnc размер 12 {W rSub {размер 8 {«nc»}}} {} общая работа, проделанная всеми неконсервативными силами
    WoutWout размер 12 {W rSub {размер 8 {«out»}}} {} полезная работа
    XX размер 12 {X} {} амплитуда
    XX размер 12 {X} {} для элемента
    ZAXNZAXN размер 12 {«» lSub {размер 8 {Z}} lSup {размер 8 {A}} X rSub {размер 8 {N}}} {} для конкретного нуклида
    xx размер 12 {x} {} deformation or displacement from equilibrium
    xx size 12{x} {} displacement of a spring from its undeformed position
    xx size 12{x} {} horizontal axis
    XCXC size 12{X rSub { size 8{C} } } {} capacitive reactance
    XLXL size 12{X rSub { size 8{L} } } {} inductive reactance
    xrmsxrms size 12{x rSub { size 8{«rms»} } } {} root mean square diffusion distance
    yy size 12{y} {} vertical axis
    YY size 12{Y} {} elastic modulus or Young’s modulus
    ZZ size 12{Z} {} atomic number (number of protons in a nucleus)
    ZZ size 12{Z} {} impedance

    IB Physics Notes — 1.2 Измерение и погрешности

    В физике выполняется множество различных типов измерений. Чтобы предоставить четкий и сжатый набор данных, во всех науках используется определенная система единиц. Эта система называется Международной системой единиц (СИ от французского «Système International d’unités»).

    Система СИ состоит из семи основных единиц:

    Рисунок 1.2.1 — Основные единицы СИ
    Кол-во Название агрегата Условное обозначение
    масса килограмм кг
    время секунды с
    длина метр м
    температура кельвин К
    Электрический ток ампер А
    Количество вещества моль моль
    Сила света кандела кд

    Обратите внимание, что последняя единица, кандела, не используется в дипломной программе IB.

    Чтобы выразить определенные величины, мы объединяем базовые единицы СИ для образования новых. Например, если мы хотим выразить количество скорости, равное расстоянию / времени, мы пишем м / с (или, точнее, мс -1 ). Для некоторых величин мы объединяем одну и ту же единицу дважды или более, например, для измерения площади, равной длине x ширине, мы пишем m 2 .

    Определенные комбинации или единицы СИ могут быть довольно длинными и трудными для чтения, по этой причине некоторым из этих комбинаций были присвоены новые единицы и символ, чтобы упростить чтение данных.
    Например: мощность, которая представляет собой коэффициент использования энергии, записывается как кг м 2 с -3 . Эта комбинация используется так часто, что на ее основе была получена новая единица измерения, которая называется ватт (символ: W).

    Ниже приведена таблица, содержащая некоторые производные единицы СИ, с которыми вы часто сталкиваетесь:

    Таблица 1.2.2 — Производные единицы СИ
    Производная единица СИ Обозначение Базовый блок СИ Альтернативный блок
    ньютон N кг м с -2
    джоуль Дж кг м 2 с -2 Н м
    герц Гц с -1
    ватт Вт кг м 2 с -3 Дж с -1
    вольт В кг м 2 с -3 A -1 Вт A -1
    Ом Ом кг м 2 с -3 A -2 В А -1
    паскаль Па кг м -1 с -2 Н · м -2

    Часто нам нужно конвертировать между разными единицами.Например, если бы мы пытались рассчитать стоимость нагрева литра воды, нам нужно было бы преобразовать джоули (Дж) в киловатт-часы (кВт-ч), поскольку энергия, необходимая для нагрева воды, выражается в джоулях, а стоимость электричество, используемое для нагрева воды, составляет определенную цену за кВт · ч.

    Если мы посмотрим на таблицу 1.2.2, то увидим, что один ватт равен джоуля в секунду. Это упрощает преобразование джоулей в ватт-часы: 60 секунд в минутах и ​​60 минут в час, поэтому 1 Вт · ч = 60 x 60 Дж, а один кВт · ч = 1 Вт · ч / 1000 (k в кВт · ч — это префикс, обозначающий килограммы, равный 1000).

    Есть несколько способов записать большинство производных единиц. Например: метры в секунду можно записать как м / с или мс -1 . Важно отметить, что только последний, m s -1 , принимается в качестве допустимого формата. Поэтому вы всегда должны записывать метры в секунду (скорость) как мс -1 и метры в секунду в секунду (ускорение) как мс -2 . Обратите внимание, что это относится ко всем устройствам, а не только к двум, указанным выше.

    При выражении больших или малых количеств мы часто используем префиксы перед единицей.Например, вместо 10000 В мы пишем 10 кВ, где k означает килограммы, то есть 1000. Мы делаем то же самое для небольших величин, таких как 1 мВ, который равен 0,001 В, m означает милли, что означает одну тысячную (1 / 1000).

    При выражении единиц измерения словами, а не символами, мы говорим 10 киловатт и 1 милливатт.

    Таблица префиксов приведена на странице 2 буклета с физическими данными.

    Случайные ошибки
    Случайная ошибка — это ошибка, которая влияет на чтение случайным образом.
    Источники случайных ошибок:

    • Наблюдатель не идеален
    • Читаемость оборудования
    • Внешнее воздействие на наблюдаемый объект

    Систематические ошибки

    Систематическая ошибка — это ошибка, которая возникает при каждом чтении.
    Источники систематических ошибок включают:

    • Наблюдатель не идеален каждый раз одинаково
    • Инструмент с ошибкой смещения нуля
    • Инструмент, который неправильно откалиброван

    Precision
    Измерение считается точным, если оно имеет небольшие систематические ошибки.

    Точность
    Измерение считается точным, если оно имеет небольшие случайные ошибки.

    Измерение может быть очень точным, но неточным (например, если используемый инструмент имел ошибку смещения нуля).

    Влияние случайных ошибок на набор данных можно уменьшить путем повторения считывания. С другой стороны, поскольку систематические ошибки возникают при каждом чтении, повторение показаний не снижает их влияния на данные.

    Количество значащих цифр в результате должно отражать точность входных данных.То есть при делении и умножении количество значащих цифр не должно превышать количество наименее точного значения.

    Пример :
    Найдите скорость автомобиля, который преодолевает 11,21 метра за 1,23 секунды.

    11,21 x 1,13 = 13,7883

    Ответ состоит из 6 значащих цифр. Однако, поскольку значение времени (1,23 с) составляет всего 3 с.ф. запишем ответ как 13,7 мс -1 .

    Количество значащих цифр в любом ответе должно отражать количество значащих цифр в данных.

    Абсолютные погрешности
    При обозначении абсолютной погрешности в части данных мы просто добавляем ± 1 от наименьшего значащего числа.

    Пример :

    13,21 м ± 0,01
    0,002 г ± 0,001
    1,2 с ± 0,1
    12 В ± 1

    Дробные неопределенности
    Для расчета дробной неопределенности части данных мы просто делим неопределенность на значение данных.

    Пример :

    1.2 с ± 0,1

    Дробная погрешность:

    0,1 / 1,2 = 0,0625

    Погрешности в процентах
    Для расчета погрешности в процентах части данных мы просто умножаем дробную погрешность на 100.

    Пример :

    1,2 с ± 0,1

    Погрешность в процентах:

    0,1 / 1,2 x 100 = 6,25%

    Недостаточно просто отобразить неопределенность данных, мы должны включать ее в любые вычисления, которые мы делаем с данными.

    Сложение и вычитание
    При выполнении сложения и вычитания нам просто нужно сложить абсолютные погрешности.

    Пример :

    Сложите значения 1,2 ± 0,1, 12,01 ± 0,01, 7,21 ± 0,01

    1,2 + 12,01 + 7,21 = 20,42
    0,1 + 0,01 + 0,01 = 0,12
    20,42 ± 0,12

    Умножение, деление и степени
    При выполнении умножений и делений или, имея дело с степенями, мы просто складываем процентные погрешности.

    Пример :

    Умножьте значения 1,2 ± 0,1, 12,01 ± 0,01

    1,2 x 12,01 = 14
    0,1 / 1,2 x 100 = 8,33%
    0,01 / 12,01 X 100 = 0,083%
    8,33 + 0,083 = 8,413%

    14 ± 8,413%

    Другие функции
    Для других функций, например, тригонометрических, мы вычисляем среднее, максимальное и минимальное значения для определения диапазона неопределенности. Для этого мы вычисляем результат, используя данные значения как обычно, с добавленной погрешностью и вычтенной погрешностью.Затем мы проверяем разницу между лучшим значением и значениями с добавленной и вычитаемой погрешностью и используем наибольшую разницу в качестве погрешности результата.

    Пример :

    Вычислить площадь поля, если его длина составляет 12 ± 1 м, а ширина — 7 ± 0,2 м.

    Лучшее значение для площади:
    12 x 7 = 84 м 2

    Наибольшее значение для площади:
    13 x 7,2 = 93,6 м 2

    Наименьшее значение для площади:
    11 x 6,8 = 74.8 м 2

    Если округлить значения, мы получим площадь:
    84 ± 10 м 2

    При представлении данных в виде графика мы представляем неопределенность в точках данных путем добавления полос погрешностей. Мы можем увидеть диапазон неопределенности, проверив длину полос ошибок в каждом направлении. Планки погрешностей можно увидеть на рисунке 1.2.1 ниже:

    Рисунок 1.2.1 — График с планками погрешностей

    В физике IB, планки погрешностей необходимо использовать только тогда, когда погрешность в одной или обеих нанесенных на график величинах значительна.Планки погрешностей не требуются для тригонометрических и логарифмических функций.

    Чтобы добавить планки погрешностей к точке на графике, мы просто берем диапазон неопределенности (выраженный в данных как «± значение») и рисуем линии соответствующего размера выше и ниже или с каждой стороны точки в зависимости от оси. значение соответствует.

    Пример :

    Нанесите следующие данные на график с учетом неопределенности.

    Время ± 0.2 с Расстояние ± 2 м
    3,4 13
    5,1 36
    7 64

    Таблица 1.2.1 — Данные о расстоянии от времени

    Рисунок 1.2.2 — График зависимости расстояния от времени с полосами ошибок

    На практике построение каждой точки с ее конкретными планками погрешностей может занять много времени, так как нам нужно будет вычислить диапазон неопределенности для каждой точки.Поэтому мы часто пропускаем определенные моменты и добавляем планки ошибок только к определенным. Мы можем использовать приведенный ниже список правил, чтобы сэкономить время:

    • Добавляйте полосы погрешностей только к первой и последней точкам
    • Добавляйте планки погрешностей только в точку с наихудшей погрешностью
    • Добавьте планки ошибок ко всем точкам, но используйте неопределенность наихудшей точки
    • Добавляйте только полосы погрешностей к оси с наихудшей погрешностью

    Градиент
    Чтобы вычислить погрешность градиента, мы просто добавляем полосы ошибок в первую и последнюю точку, а затем проводим прямую линию, проходящую через самую низкую полосу ошибок в одной точке и самую высокую в другой, и наоборот. наоборот.Это дает две линии, одну с самым крутым градиентом, а другую с самым мелким, затем мы вычисляем градиент каждой линии и сравниваем его с наилучшим значением. Это показано на рисунке 1.2.3 ниже:

    Рисунок 1.2.3 — Неопределенность градиента на графике

    Пересечение
    Чтобы вычислить неопределенность точки пересечения, мы делаем то же самое, что и при вычислении неопределенности градиента. Однако на этот раз мы проверяем наименьшее, наибольшее и наилучшее значение для перехвата.Это показано на рисунке 1.2.4 ниже:

    Рисунок 1.2.4 — Погрешность отсечения на графике

    Обратите внимание, что на двух рисунках выше планки погрешностей увеличены для улучшения читаемости.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *