Формула мощность лампы: Мощность освещения и площадь помещения
Содержание
Мощность освещения и площадь помещения
Москва
Ваш регион Москва?
- Да
- Нет
Выбор города
- Москва
- Санкт-Петербург
- Краснодар
- Россия
Корзина
0
Главная | Статьи
Степень освещенности помещения оказывает непосредственное влияние как на трудоспособность человека и здоровье глаз, так и на его психическое и эмоциональное состояние.
Для некоторых типов помещений норма мощности освещенности закреплена на уровне рекомендаций (СНиП). К таковым можно отнести: административные помещения, помещения учреждений, предоставляющие образовательные, медицинские услуги, помещения вокзалов и общепита. Нормируется также уровень освещенности в производственных, складских помещениях, на проезжей части и пешеходных зонах.
При этом учтено, что потребность в уровне освещения должна быть скорректирована с учетом назначения помещения.
Точно также, в жилом помещении, где человек проводит значительную часть своего времени важно учитывать степень освещения. Которая, в случае с частным жильем, зависит от площади помещения (особенно в Лофт интерьерах, отличающихся большими размерами) и предпочтения хозяев.
Для того, чтобы рассчитать мощность освещения в зависимости от площади, целесообразно воспользоваться формулой:
Р = pS/N,
Где, Р – мощность осветительного прибора, Вт/м.кв;
р – удельная мощность освещения, Ватт;
S – площадь комнаты, м. кв;
N – число ламп.
При расчете необходимо учесть, что полученное значение нельзя считать прямым руководством к установке ламп. Его нужно скорректировать на вид лампы. Т.к. в зависимости от вида и конструкции они дают световые потоки разной яркости и интенсивности. При расчете учитывается также такой фактор, как цвет, который превалирует в интерьере. Например, при наличии темных цветов важно повысить уровень освещенности.
Для определения оптимального значения уровня освещенности можно воспользоваться предоставленной таблицей. Приведенные расчеты актуальны для ламп накаливания. При использовании люминесцентных лам значение следует откорректировать (в сторону понижения) в 5 раз, а светодиодных – в 10 раз.
Ориентировочные данные, по мощности освещения в зависимости от квадратуры комнаты приведены в таблицах.
— лампа накаливания:
— энергосберегающая лампа:
— светодиодная лампа:
В заключение отметим, что комбинирование разных источников освещения способно повысить уровень освещенности помещения.
Особенности нашей продукции
Вся наша продукция сочетает в себе традиции стиля LOFT. Уникальные светильники, мебель и
аксессуары, созданные по авторским эскизам, стилизованные под старину — это всегда
оригинально и востребовано.
В нашем каталоге вы найдете любой предмет интерьера для дома и офиса, для освещения коридоров
и улицы, для бильярдных и клубов — выбирайте, у нас есть все для стильного интерьера по
доступным ценам.
Подробнее
Сотрудничество
Наша компания приглашает к сотрудничеству дизайн-студии, архитектурные и дизайнерские бюро,
частных дизайнеров и архитекторов, а также всех специалистов, чья работа связана с созданием
интерьеров.
Работая с нами, Вы получите гибкие цены, а также привлекательные и взаимовыгодные условия
сотрудничества.
Написать
№10 Мощность лампы накаливания
ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА № 10
Тема:
«Исследование
зависимости мощности, потребляемой
лампой накаливания, от напряжения на
её зажимах»
Цель:
провести исследования зависимости
между напряжением и мощностью на лампе
накаливания, а так же выяснить, как
зависит температура накала лампы от
потребляемой мощности.
Оборудование:
электрическая лампа, источник постоянного
напряжения, реостат ползунковый,
амперметр, вольтметр, ключ, соединительные
провода.
Теоретическая
часть
Мощность
тока – величина, характеризующая,
с какой скоростью совершается работа
тока. Так как работа тока может быть
определена по формуле
А=
∙U ∙ t
,
то
мощность тока P
можно вычислить, зная величину тока
и
напряжение U:
( 1 )
P =U
∙ I [ P
] = Вт
Из
формулы видно, что мощность тока зависит
от напряжения.
Если
в цепь подключено несколько потребителей,
то мощность во всей внешней цепи при
любом соединении равна сумме мощностей
на отдельных участках цепи. При работе
электрических приборов ток оказывает
тепловое действие, которое влияет на
их сопротивление, а значит и на потребляемую
мощность.
Исследуем
данные зависимости экспериментально.
Порядок
проведения работы:
Составить
цепь по схеме, изображенной на рисунке
При
помощи реостата установить наименьшее
значение напряжения и замкнуть
цепь. Записать показания вольтметра и
амперметра.Постепенно
выводя реостат, записывать значение
напряжения и силы тока, сняв еще 2
показания.Для
каждого значения напряжения мощность,
потребляемую лампой, подсчитать
по формуле: P=U∙
I.Для
каждого опыта подсчитать:
а) сопротивление
нити лампы в рабочем состоянии RT=
;
б) изменение
температуры нити лампы по формуле
,
где
— температурный коэффициент сопротивления
вольфрама;
R0– сопротивление нити лампы при 0С
(узнайте у преподавателя),
в) температуру
накала лампы вычислить по формуле
Т=Т0+Т.
№ опыта | Напряжение лампы U, | Сила в I, | Мощность, лампой P, | Сопротивление накала RТ, | Температура накала Т, |
1 | |||||
2 | |||||
3 |
7. По окончанию
работы сделать вывод.
ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ:
ВЫВОД: |
Контрольные
вопросы
1. Сформулируйте
физический смысл мощности.
2. Какие формулы
для нахождения мощности электрической
цепи вам известны? Какие из приведённых
формул удобно использовать при
последовательном и параллельном
соединениях потребителей электрического
тока? Почему?
3.
Используя формулу
, предложите дополнительную единицу
измерения работы. Где вы встречали
данную единицу измерения? Свяжите эту
единицу с системной единицей работы.
4. а) Как называют
прибор, используемый для измерения
мощности тока?
б) Как называют
прибор для измерения работы тока? Где
вы с этим прибором встречались?
ОТВЕТЫ
НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1.Сформулируйте |
2. |
3.Используя |
4. б) Как называют |
19.4 Электроэнергия | Техасский шлюз
Цели обученияПрактические задачиПроверьте свое понимание
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете делать следующее:
- Дать определение электрической мощности и описать уравнение электрической мощности
- Расчет электрической мощности в цепях резисторов, соединенных последовательно, параллельно и комплексно
Энергия у многих ассоциируется с электричеством. Каждый день мы используем электроэнергию для работы наших современных приборов. Линии электропередачи являются наглядными примерами электроснабжения. Мы также используем электроэнергию, чтобы заводить автомобили, компьютеры или освещать дома. Мощность — это скорость передачи энергии любого типа; электрическая мощность – это скорость, с которой электрическая энергия передается в цепи. В этом разделе мы узнаем не только, что это значит, но и какие факторы определяют электрическую мощность.
Для начала давайте подумаем об лампочках, которые часто характеризуются номинальной мощностью в ваттах. Сравним лампочку мощностью 25 Вт с лампочкой мощностью 60 Вт (см. рис. 19.23). Хотя оба работают при одинаковом напряжении, лампа мощностью 60 Вт излучает больше света, чем лампа мощностью 25 Вт. Это говорит нам о том, что выходная мощность электрической цепи определяется не напряжением, а чем-то иным.
Лампы накаливания, такие как две, показанные на рис. 19.23, по существу представляют собой резисторы, которые нагреваются, когда через них проходит ток, и нагреваются настолько, что излучают видимый и невидимый свет. Таким образом, две лампочки на фотографии можно рассматривать как два разных резистора. В простой цепи, такой как лампочка с приложенным к ней напряжением, сопротивление определяет ток по закону Ома, поэтому мы можем видеть, что ток, как и напряжение, должен определять мощность.
Рис. 19.23 Слева — лампочка мощностью 25 Вт, справа — лампочка мощностью 60 Вт. Почему их выходная мощность различна, несмотря на то, что они работают на одном и том же напряжении?
Формулу мощности можно найти с помощью размерного анализа. Рассмотрим единицы мощности. В системе СИ мощность выражается в ваттах (Вт), что представляет собой энергию в единицу времени, или Дж/с
19,47 Вт=Джс.Вт=Джс.
Вспомним теперь, что напряжение — это потенциальная энергия на единицу заряда, а это означает, что единицы напряжения составляют Дж/Кл
19. 48В=JC.V=JC.
Мы можем переписать это уравнение как J=V×CJ=V×C и подставить его в уравнение для ватт, чтобы получить
W=Js=V×Cs=V×Cs.W=Js=V×Cs=V ×Сс.
Но кулон в секунду (Кл/с) — это электрический ток, который мы можем видеть из определения электрического тока, I=ΔQΔtI=ΔQΔt, где ΔΔ Q — заряд в кулонах, а ΔΔ t — время в секундах. Таким образом, приведенное выше уравнение говорит нам, что электрическая мощность равна напряжению, умноженному на ток, или
Р=IV. Р=IV.
Это уравнение дает электрическую мощность, потребляемую цепью с падением напряжения В и током I .
Например, рассмотрим схему на рис. 19.24. По закону Ома ток, протекающий через цепь, равен
19,49I=VR=12 В100 Ом=0,12 A.I=VR=12 В100 Ом=0,12 А. VI=(12 В)(0,12 А)=1,4 Вт.P=VI=(12 В)(0,12 А)=1,4 Вт.
Куда уходит эта мощность? В этой схеме мощность идет в основном на нагрев резистора в этой цепи.
Рис. 19.24 Простая схема, потребляющая электроэнергию.
При расчете мощности в цепи на рис. 19.24 мы использовали сопротивление и закон Ома для определения силы тока. Закон Ома дает ток: I=V/RI=V/R, который мы можем подставить в уравнение для электрической мощности, чтобы получить
P=IV=(VR)V=V2RP.P=IV=(VR)V= В2Р.
Мощность определяется только напряжением и сопротивлением.
Мы также можем использовать закон Ома, чтобы исключить напряжение из уравнения для электрической мощности и получить выражение для мощности только через ток и сопротивление. Если мы запишем закон Ома как V=IRV=IR
и используйте это, чтобы устранить V в уравнении P=IVP=IV получаем
P=IV=I(IR)=I2R.P=IV=I(IR)=I2R.
Мощность определяется только током и сопротивлением.
Таким образом, комбинируя закон Ома с уравнением P=IVP=IV для электрической мощности, мы получаем еще два выражения для мощности: одно через напряжение и сопротивление, а другое через ток и сопротивление. Обратите внимание, что в выражения для электрической мощности входят только сопротивление (а не емкость или что-то еще), ток и напряжение. Это означает, что физической характеристикой цепи, которая определяет, сколько мощности она рассеивает, является ее сопротивление. Любые конденсаторы в цепи не рассеивают электроэнергию — напротив, конденсаторы либо накапливают электроэнергию, либо отдают ее обратно в цепь.
Чтобы понять, как связаны между собой напряжение, сопротивление, ток и мощность, рассмотрите рис. 19.25, на котором показано колесо формул . Величины в центральной четверти окружности равны количествам в соответствующей внешней четверти окружности. Например, чтобы выразить потенциал V через мощность и ток, мы видим из круга формул, что V=P/IV=P/I.
Рис. 19.25 Колесо формул показывает, как соотносятся вольты, сопротивление, ток и мощность. Количества во внутренних четвертях кругов равны количествам в соответствующих внешних четвертях кругов.
Рабочий пример
Найти сопротивление лампочки
Типичная старая лампочка накаливания имела мощность 60 Вт. Если предположить, что на лампочку подается напряжение 120 В, какова сила тока через лампочку?
СТРАТЕГИЯ
Нам известны напряжение и выходная мощность простой цепи, содержащей лампочку, поэтому мы можем использовать уравнение P=IVP=IV, чтобы найти ток I , протекающий через лампочку.
Решение
Решение P=IVP=IV для тока и подстановка заданных значений напряжения и мощности дает
19,51P=IVI=PV=60 W120 V=0,50 A.P=IVI=PV=60 W120 V=0,50 A.
Обсуждение
Это значительный ток. Напомним, что бытовая электроэнергия является переменным, а не постоянным током, поэтому 120 В, подаваемые из бытовых розеток, представляют собой переменную, а не постоянную мощность. 120 В — это фактически усредненная по времени мощность, выдаваемая такими розетками. Таким образом, средний ток, проходящий через лампочку за период времени, превышающий несколько секунд, составляет 0,50 А.
Пример работы
Грелки для ботинок
Чтобы согреть ботинки в холодные дни, вы решили вшить в стельку ботинок схему с несколькими резисторами. Вам нужно 10 Вт тепла от резисторов в каждой стельке, и вы хотите питать их от двух 9-вольтовых батарей (соединенных последовательно). Какое общее сопротивление вы должны оказывать на каждую стельку?
СТРАТЕГИЯ
Мы знаем желаемую мощность и напряжение (18 В, потому что у нас есть две 9-вольтовые батареи, соединенные последовательно), поэтому мы можем использовать уравнение P=V2/RP=V2/R, чтобы найти необходимое сопротивление .
Решение
Решая P=V2/RP=V2/R для сопротивления и подставляя данные напряжения и мощности, мы получаем
19,52P=V2RR=V2P=(18 V)210 W=32 Ω.P=V2RR =V2P=(18 В)210 Вт=32 Ом.
Таким образом, общее сопротивление в каждой стельке должно быть 32 Ом. Ом.
Обсуждение
Давайте посмотрим, какой ток будет проходить по этой цепи. К сопротивлению 32 Ом приложено напряжение 18 В, поэтому закон Ома дает0003
Все аккумуляторы имеют этикетки, на которых указано, сколько заряда они могут обеспечить (в пересчете на ток, умноженный на время). Типичная щелочная батарея 9 В может обеспечить заряд 565 мА⋅чмА⋅ч.
(таким образом, две батареи 9 В обеспечивают 1130 мА⋅чмА⋅ч), поэтому эта система отопления будет работать в течение времени
19,54t=1130×10−3 A⋅ч0,56 A=2,0 ч.t=1130×10−3 А⋅ч0,56 А=2,0 ч.
Рабочий пример
Мощность через ветвь цепи
Сопротивление каждого резистора в схеме ниже составляет 30 Ом. Какая мощность рассеивается на средней ветви цепи?
СТРАТЕГИЯ
Средняя ветвь схемы содержит последовательно соединенные резисторы R3 и R5R3 и R5. Напряжение на этой ветви составляет 12 В. Сначала мы найдем эквивалентное сопротивление в этой ветви, а затем с помощью P=V2/RP=V2/R найдем мощность, рассеиваемую в ветви.
Решение
Эквивалентное сопротивление равно Rmiddle=R3+R5=30 Ω+30 Ω=60 ΩRmiddle=R3+R5=30 Ω+30 Ω=60 Ω. Мощность, рассеиваемая средней ветвью цепи, составляет
19,55Pmiddle=V2Rmiddle=(12 В)260 Ом=2,4 Вт.Pmiddle=V2Rmiddle=(12 В)260 Ом=2,4 Вт.
Обсуждение
Давайте посмотрим, сохраняется ли энергия в этой цепи, сравнив мощность, рассеиваемую в цепи, с мощностью, выдаваемой батареей. Во-первых, эквивалентное сопротивление левой ветви равно
19,56Rleft=11/R1+1/R2+R4=11/30 Ом+1/30 Ом+30 Ом=45 Ом.Rleft=11/R1+1/R2 +R4=11/30 Ом+1/30 Ом+30 Ом=45 Ом.
Мощность через левую ветвь равна
19,57Pleft=V2Rleft=(12 В)245 Ом=3,2Вт.Pleft=V2Rleft=(12 В)245 Ом=3,2 Вт. эквивалентное сопротивление равно Rright=R6=30 ΩRright=R6=30 Ω. Мощность через правую ветвь равна
19,58Pright=V2Rright=(12 В)230 Ом=4,8Вт.Pright=V2Rright=(12 В)230 Ом=4,8 Вт
Полная мощность, рассеиваемая цепью, представляет собой сумму мощностей, рассеиваемых в каждой ветви .
19.59P=Pleft+Pmiddle+Pright=2.4 W+3.2 W+4.8 W=10.4 WP=Pleft+Pmiddle+Pright=2.4 W+3.2 W+4.8 W=10.4 Вт
Мощность батареи
19.60P=IV.P=IV.
, где I — общий ток, протекающий через батарею. Поэтому мы должны сложить токи, проходящие через каждую ветвь, чтобы получить я . Ответвления вносят токи
19,61Ileft=VRleft=12 V45 Ω=0,2667 AImiddle=VRmiddle=12 V60 Ω=0,20 AIright=VRright=12 V30 Ω=0,40 A.Ileft=VRleft=VRleft=12 V05 6Ω=6Ω 12 V60 Ом=0,20 AIright=VRright=12 V30 Ω=0,40 A. =0,2667 A+0,20 A+0,40 A=0,87 A.
и мощность, обеспечиваемая аккумулятором, составляет
19,63P=IV=(0,87 A)(12 В)=10,4 W.P=IV=(0,87 A)(12 В)=10,4 Вт.
Это та же мощность, которая рассеивается на резисторах цепи, что показывает сохранение энергии в этой цепи.
Практические задания
Какова формула мощности, рассеиваемой на резисторе?
- Формула мощности, рассеиваемой на резисторе: P=IV. P=IV.
- Формула для мощности, рассеиваемой на резисторе: P=VI.P=VI.
- Формула для мощности, рассеиваемой на резисторе: P = IV .
- Формула для мощности, рассеиваемой на резисторе: P = I 2 В .
Какова формула для мощности, рассеиваемой резистором, при заданном его сопротивлении и напряжении на нем?
- Формула мощности, рассеиваемой на резисторе: P=RV2P=RV2
- Формула мощности, рассеиваемой на резисторе: P=V2RP=V2R
- Формула мощности, рассеиваемой на резисторе: P=V2RP=V2R
- Формула для мощности, рассеиваемой на резисторе: P=I2RP=I2R
Проверьте свое понимание
Упражнение 8
Какие элементы схемы рассеивают мощность?
- конденсаторы
- катушки индуктивности
- идеальные переключатели
- резисторы
Упражнение 9
Объясните словами уравнение для мощности, рассеиваемой на данном сопротивлении.
- Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, умноженному на квадрат напряжения на резисторе.
- Электрическая мощность пропорциональна квадрату тока через резистор, умноженному на напряжение на резисторе.
- Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, деленному на напряжение на резисторе.
- Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, умноженному на напряжение на резисторе.
- Печать
- Поделиться
9.6: Электроэнергия и мощность
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 4404
- OpenStax
- OpenStax
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
К концу этого раздела вы сможете:
- Выражать электрическую мощность через напряжение и силу тока
- Опишите мощность, рассеиваемую резистором в электрической цепи
- Расчет энергоэффективности и экономической эффективности приборов и оборудования
В электрической цепи электрическая энергия непрерывно преобразуется в другие формы энергии. Например, когда в проводнике течет ток, электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию внутри проводника. Электрическое поле, создаваемое источником напряжения, ускоряет свободные электроны, на короткое время увеличивая их кинетическую энергию. Эта повышенная кинетическая энергия преобразуется в тепловую за счет столкновений с ионами решетчатой структуры проводника. Раньше мы определяли мощность как скорость, с которой работа совершается силой, измеряемой в ваттах. Мощность также можно определить как скорость передачи энергии. В этом разделе мы обсудим временную скорость передачи энергии или мощности в электрической цепи.
Мощность в электрических цепях
Мощность у многих людей ассоциируется с электричеством. На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Какое выражение для электроэнергии ?
Сравним лампочку мощностью 25 Вт с лампочкой мощностью 60 Вт (рис. \(\PageIndex{1a}\)). Лампа мощностью 60 Вт светит ярче, чем лампа мощностью 25 Вт. Хотя это не показано, лампочка мощностью 60 Вт также теплее, чем лампа мощностью 25 Вт. Тепло и свет производятся путем преобразования электрической энергии. Кинетическая энергия, теряемая электронами при столкновениях, превращается во внутреннюю энергию проводника и излучения. Как связаны напряжение, сила тока и сопротивление с электрической мощностью?
Рисунок \(\PageIndex{1}\): (a) На изображении выше показаны две лампы накаливания: 25-ваттная (слева) и 60-ваттная (справа). Лампа мощностью 60 Вт обеспечивает более высокую интенсивность света, чем лампа мощностью 25 Вт. Электрическая энергия, подводимая к лампочкам, преобразуется в тепло и свет. (b) Эта компактная люминесцентная лампа (CFL) излучает ту же интенсивность света, что и лампочка мощностью 60 Вт, но с мощностью от 1/4 до 1/10 входной мощности. (кредит a: модификация работ «Dickbauch»/Wikimedia Commons и Грега Вестфолла; кредит b: модификация работы «dbgg1979”/Flickr)
Чтобы рассчитать электрическую мощность, рассмотрите разницу напряжений, существующую на материале (рисунок \(\PageIndex{2}\)). Электрический потенциал \(V_1\) выше, чем электрический потенциал при \(V_2\), а разность потенциалов отрицательна \(V = V_2 — V_1\). Как обсуждалось в разделе «Электрический потенциал», между двумя потенциалами существует электрическое поле, которое направлено от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Напомним, что электрический потенциал определяется как потенциальная энергия, приходящаяся на заряд, \(V = \Delta U /q\), а заряд \(\Delta Q\) теряет потенциальную энергию, перемещаясь через разность потенциалов.
Рисунок \(\PageIndex{2}\): Когда на проводнике есть разность потенциалов, присутствует электрическое поле, направленное от более высокого потенциала к более низкому потенциалу.
Если заряд положительный, на него действует сила электрического поля \(\vec{F} = m\vec{a} = \Delta Q\vec{E}\). Эта сила необходима для поддержания движения заряда. Эта сила не ускоряет заряд на всем расстоянии \(\Delta L\) из-за взаимодействия заряда с атомами и свободными электронами в материале. Скорость и, следовательно, кинетическая энергия заряда не увеличиваются в течение всего пути через \(\Delta L\), а заряд, проходящий через площадь \(A_2\), имеет ту же скорость дрейфа \(v_d\), что и заряд, проходящий через площадь \(A_1\). Однако над зарядом совершается работа электрическим полем, которое изменяет потенциальную энергию. Поскольку изменение разности электрических потенциалов отрицательно, электрическое поле оказывается равным
\[E = — \dfrac{(V_2 — V_1)}{\Delta L} = \dfrac{V}{\Delta L}.\]
Работа, совершенная над зарядом, равна произведению электрической силы длина, на которой действует сила,
\[W = F \Delta L = (\Delta Q E) \Delta L = \left(\Delta Q \dfrac{V}{\Delta L}\right) \Delta L = \Delta Q V = \Delta U.\]
Заряд движется с дрейфовой скоростью \(v_d\), поэтому работа, совершаемая над зарядом, приводит к потере потенциальной энергии, но средняя кинетическая энергия остается постоянной. Потерянная электрическая потенциальная энергия проявляется в виде тепловой энергии в материале. В микроскопическом масштабе передача энергии происходит за счет столкновений между зарядом и молекулами материала, что приводит к повышению температуры в материале. Потеря потенциальной энергии приводит к повышению температуры материала, которая рассеивается в виде излучения. В резисторе он рассеивается в виде тепла, а в лампочке — в виде тепла и света. 92/R\), эффект приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение удваивается до 25-ваттной лампы, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампочки оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также выше.
Пример \(\PageIndex{1}\): Расчет мощности в электрических устройствах
Двигатель лебедки постоянного тока рассчитан на 20,00 А при напряжении 115 В. Когда двигатель работает на максимальной мощности, он может поднять объект весом 4900. 00 N расстояние 10.00 м, за 30.00 с, с постоянной скоростью.
- Какая мощность потребляется двигателем?
- Какая сила используется для подъема объекта? Не учитывать сопротивление воздуха. (c) Предполагая, что разница в мощности, потребляемой двигателем, и мощности, используемой для подъема объекта, рассеивается в виде тепла на сопротивлении двигателя, оцените сопротивление двигателя?
Стратегия
- Мощность, потребляемую двигателем, можно найти с помощью \(P = IV\). 92 р\).
Решение
- Мощность, потребляемая двигателем, равна \(P = IV\), ток равен 20,00 А, а напряжение равно 115,00 В: \[P = IV = (20,00 \, A ) 115,00 \, В = 2300,00 \, Вт.\]
- Мощность, используемая для подъема объекта, равна \(P = Fv\), где сила равна весу объекта (1960 Н), а величина скорости равна \[v = \dfrac{10,00 \, м }{30,00 \, с} = 0,33 \dfrac{м}{с}\] \[P = Fv = (4900 \, Н)0,33 \, м/с = 1633,33 \, Вт. \] 92р)\).
Упражнение \(\PageIndex{1}\)
Электродвигатели имеют достаточно высокий КПД. Двигатель мощностью 100 л.с. может иметь КПД 90%, а двигатель мощностью 1 л.с. может иметь КПД 80%. Почему важно использовать высокопроизводительные двигатели?
- Ответить
Несмотря на то, что электродвигатели обладают высоким КПД, 10–20% потребляемой энергии тратится впустую, а не используется для выполнения полезной работы. Большая часть 10–20% потерянной мощности переходит в тепло, рассеиваемое медными проводами, из которых изготовлены катушки двигателя. Это тепло добавляется к теплу окружающей среды и увеличивает потребность в электростанциях, обеспечивающих электроэнергию. Спрос на электростанцию может привести к увеличению выбросов парниковых газов, особенно если электростанция использует уголь или газ в качестве топлива.
Предохранитель (Рисунок \(\PageIndex{3}\)) — это устройство, защищающее цепь от слишком высоких токов. Предохранитель — это в основном короткий кусок провода между двумя контактами. Как мы видели, при протекании тока по проводнику кинетическая энергия носителей заряда превращается в тепловую энергию в проводнике. Кусок проволоки в предохранителе находится под напряжением и имеет низкую температуру плавления. Провод рассчитан на нагрев и разрыв при номинальном токе. Предохранитель сгорел и подлежит замене, но он защищает остальную часть цепи. Предохранители действуют быстро, но есть небольшая задержка времени, пока проволока нагревается и обрывается.
Рисунок \(\PageIndex{3}\): Предохранитель состоит из куска провода между двумя контактами. При прохождении по проводу тока, превышающего номинальный, провод плавится, разрывая соединение. На фото «перегоревший» предохранитель, где оборвался провод, защищающий цепь (кредит: модификация работы «Шардайы»/Flickr). Автоматические выключатели
также рассчитаны на максимальный ток и размыкаются для защиты цепи, но могут быть сброшены. Автоматические выключатели реагируют гораздо быстрее. Работа автоматических выключателей не рассматривается в этой главе и будет обсуждаться в последующих главах. Еще одним методом защиты оборудования и людей является прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI), который часто используется в ванных комнатах и на кухнях. Розетки GFCI очень быстро реагируют на изменения тока. Эти выходы открываются при изменении магнитного поля, создаваемого проводниками с током, что также выходит за рамки этой главы и рассматривается в следующей главе.
Стоимость электроэнергии
Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот известный факт основан на соотношении между энергией и мощностью. Вы платите за использованную энергию. Так как \(P = \dfrac{dE}{dt}\), мы видим, что
\[E = \int P dt\]
— это энергия, используемая устройством с мощностью P за интервал времени т . Если мощность подается с постоянной скоростью, то энергию можно найти по формуле \(E = Pt\). 6 \, J\).
Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снижает затраты, но и снижает воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов сократить потребление электроэнергии в доме или на предприятии. Около 20% энергии, потребляемой домом, идет на освещение, а в коммерческих учреждениях этот показатель приближается к 40%. Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это справедливо как для длинных трубок, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), например, на рисунке \(\PageIndex{1b}\). Таким образом, лампочку накаливания мощностью 60 Вт можно заменить КЛЛ мощностью 15 Вт такой же яркости и цвета. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они соединены со стандартным ввинчивающимся основанием, которое подходит для стандартных патронов для ламп накаливания. (Первоначальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими первоначальными вложениями в КЛЛ были решены в последние годы.)
Теплоотдача от этих компактных люминесцентных ламп меньше, и они служат в 10 раз дольше, чем лампы накаливания. Значение инвестиций в такие лампочки рассматривается в следующем примере. Новые белые светодиодные лампы (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза эффективнее, чем КЛЛ) и служат в пять раз дольше, чем КЛЛ.
Пример \(\PageIndex{2\): расчет экономической эффективности светодиодной лампы
Обычной заменой лампы накаливания мощностью 100 Вт является светодиодная лампа мощностью 20 Вт. Светодиодная лампа мощностью 20 Вт может обеспечить такое же количество света, как и лампа накаливания мощностью 100 Вт. Какова экономия затрат на использование светодиодной лампы вместо лампы накаливания в течение одного года, если предположить, что 0,10 доллара за киловатт-час — это средний тариф на электроэнергию, взимаемый энергетической компанией? Предположим, что лампочка включена на три часа в день.
Стратегия
- Рассчитайте энергию, используемую в течение года для каждой лампочки, используя \(E = Pt\).
- Умножьте энергию на стоимость.
Решение
- Рассчитайте мощность каждой лампочки. \[E_{Лампы накаливания} = Pt = 100 \, Вт \left(\dfrac{1 \, kW}{1000 \, W}\right) \left(\dfrac{3 \, h}{day}\right) (365 \, сут) = 109,5 \, кВт \cdot h\] \[E_{LED} = Pt = 20 \, W \left(\dfrac{1 \, kW}{1000 \, W}\right) \ влево (\ dfrac {3 \, ч} {день} \ вправо) (365 \, дней) = 21,9\, кВт \cdot ч\]
- Рассчитать стоимость каждого. \[cost_{Лампа накаливания} = 109,5 \, кВт \cdot ч \left(\dfrac{\$0,10}{кВт \cdot h}\right) = \$10,95\] \[cost_{LED} = 21,90 \, кВт \cdot ч \ влево (\ dfrac {\ $ 0,10} {кВт \ cdot h} \ вправо) = \ $ 2,19 \]
Значение
Светодиодная лампа потребляет на 80% меньше энергии, чем лампа накаливания, что позволяет сэкономить 8,76 долл. США по сравнению с лампой накаливания в течение одного года. Светодиодная лампа может стоить 20 долларов, а лампа накаливания мощностью 100 Вт может стоить 0,75 доллара, что должно быть учтено при расчете. Типичный срок службы лампы накаливания составляет 1200 часов, а светодиодной лампы — 50 000 часов. Лампа накаливания прослужит 1,08 года при 3 часах в день, а светодиодная лампа прослужит 45,66 года. Первоначальная стоимость светодиодной лампы высока, но стоимость для владельца дома составит 0,69 доллара США.для ламп накаливания по сравнению с 0,44 доллара США для светодиодных ламп в год. (Обратите внимание, что светодиодные лампы падают в цене.) Экономия средств в год составляет примерно 8,50 долларов США, и это только на одну лампочку.
Упражнение \(\PageIndex{2}\)
Является ли КПД различных лампочек единственным соображением при сравнении различных лампочек?
- Ответить
Нет, КПД является очень важным фактором для лампочек, но есть и много других соображений. Как упоминалось выше, стоимость ламп и срок службы ламп являются важными факторами. Например, лампы компактных люминесцентных ламп содержат ртуть, нейротоксин, и их необходимо утилизировать как опасные отходы. При замене ламп накаливания, которые управляются диммером на светодиод, может потребоваться замена диммера. Цена диммерных выключателей для светодиодных ламп сопоставима с выключателями для ламп накаливания, но это первоначальная стоимость, которую следует учитывать. Спектр света также следует учитывать, но существует широкий диапазон доступных цветовых температур, поэтому вы сможете найти ту, которая соответствует вашим потребностям. Ни одно из этих упомянутых соображений не должно препятствовать использованию светодиодных ламп или ламп CFL, но они являются соображениями.
Замена ламп накаливания на люминесцентные или светодиодные лампы — это простой способ снизить потребление энергии в домах и на коммерческих объектах. Лампы CFL работают по совершенно другому механизму, чем лампы накаливания. Механизм сложен и выходит за рамки этой главы, но здесь дается очень общее описание механизма. Лампы компактных люминесцентных ламп содержат пары аргона и ртути, заключенные в спиралевидную трубку. Лампы CFL используют «балласт», который увеличивает напряжение, используемое лампой CFL. Балласт производит электрический ток, который проходит через газовую смесь и возбуждает молекулы газа. Молекулы возбужденного газа излучают ультрафиолетовый (УФ) свет, который, в свою очередь, стимулирует флуоресцентное покрытие внутри трубки. Это покрытие флуоресцирует в видимом спектре, излучая видимый свет. Традиционные люминесцентные лампы и лампы компактных люминесцентных ламп имели короткую временную задержку до нескольких секунд, пока смесь «разогревалась» и молекулы переходили в возбужденное состояние. Следует отметить, что эти лампочки содержат ртуть, которая является ядовитой, но если лампочка разбита, ртуть никогда не высвобождается. Даже если лампочка разбита, ртуть имеет тенденцию оставаться во флуоресцентном покрытии. Сумма также довольно мала, и преимущество экономии энергии может перевесить недостаток использования ртути.
Лампы компактных люминесцентных ламп заменяются на светодиодные, где LED означает «светоизлучающий диод». Диод был кратко рассмотрен как неомическое устройство, изготовленное из полупроводникового материала, который позволяет току течь в одном направлении. Светодиоды представляют собой диоды особого типа, изготовленные из полупроводниковых материалов, в которые добавлены примеси в таких сочетаниях и концентрациях, которые позволяют преобразовывать дополнительную энергию от движения электронов во время электрического возбуждения в видимый свет. Полупроводниковые устройства будут объяснены более подробно в физике конденсированных сред.
Коммерческие светодиоды быстро становятся стандартом коммерческого и жилого освещения, заменяя лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы. Они предназначены для видимого спектра и изготовлены из галлия, легированного атомами мышьяка и фосфора. Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, используемых в полупроводнике, и силы тока. В первые годы разработки светодиодов маленькие светодиоды на печатных платах были красными, зелеными и желтыми, но теперь светодиодные лампочки можно запрограммировать для получения миллионов цветов света, а также множества различных оттенков белого света.
Сравнение ламп накаливания, компактных люминесцентных ламп и светодиодных ламп
Экономия энергии может быть значительной при замене лампы накаливания или лампы компактного люминесцентного света на светодиодную. Лампочки оцениваются по количеству энергии, потребляемой лампой, а количество светового потока измеряется в люменах. Люмен (лм) — производная единица измерения светового потока в системе СИ и мера общего количества видимого света, излучаемого источником. Лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить лампой CFL мощностью 13–15 Вт или светодиодной лампой мощностью 6–8 Вт, все три из которых имеют световой поток примерно 800 лм. В таблице \(\PageIndex{1}\) представлена таблица светоотдачи для некоторых часто используемых лампочек.
Срок службы трех типов ламп значительно различается. Срок службы светодиодной лампы составляет 50 000 часов, тогда как срок службы КЛЛ составляет 8 000 часов, а срок службы лампы накаливания составляет всего 1 200 часов. Светодиодная лампа является наиболее прочной, легко выдерживает грубое обращение, такое как сотрясение и удары. Лампа накаливания плохо переносит такое же обращение, поскольку нить накаливания и стекло могут легко сломаться. Лампа CFL также менее долговечна, чем светодиодная лампа, из-за своей стеклянной конструкции. Количество выделяемого тепла составляет 3,4 БТЕ/ч для светодиодной лампы мощностью 8 Вт, 85 БТЕ/ч для лампы накаливания мощностью 60 Вт и 30 БТЕ/ч для лампы CFL. Как упоминалось ранее, основным недостатком лампы CFL является то, что она содержит ртуть, нейротоксин, и должна утилизироваться как опасные отходы. Из этих данных легко понять, почему светодиодные лампочки быстро становятся стандартом в освещении.
Таблица \(\PageIndex{1}\): Световой поток светодиодных ламп, ламп накаливания и компактных люминесцентных ламп Световой поток (люмен) Светодиодные лампочки (Вт) Лампы накаливания (Вт) КЛЛ лампочки (Вт) 450 4−5 40 9−13 800 6−8 60 13−15 1100 9−13 75 18−25 1600 16−20 100 23−30 2600 25−28 150 30−55 Краткий обзор взаимосвязей
В этой главе мы обсудили взаимосвязи между напряжением, током, сопротивлением и мощностью. 2R\). 92р\). Хотя все возможные комбинации могут показаться ошеломляющими, не забывайте, что все они представляют собой комбинации всего двух уравнений: закона Ома \((V = IR)\) и мощности \((P = IV)\).
Эта страница под названием 9.6: Электрическая энергия и мощность распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Автор
- ОпенСтакс
- Лицензия
- СС BY
- Версия лицензии
- 4,0
- Программа OER или Publisher
- ОпенСтакс
- Показать оглавление
- нет
- Теги
- электрическая энергия
- электрическая мощность
- Электроэнергия
- источник@https://openstax.