Электрическая емкость: определение, формулы, единицы измерения

В электротехнике часто встречается понятие ёмкости. При этом речь идёт не о ведре или другом сосуде, а об электрической ёмкости проводника, аккумулятора и конденсатора. Путать эти понятия нельзя. В этой статье мы разберемся, что такое электрическая ёмкость, от чего она зависит и в каких единицах измеряется.

Определение

Для проводников электрической ёмкостью называется величина, которая характеризует способность тела накапливать электрический заряд. Это и есть её физический смысл. Обозначается латинской буквой C. Она равна отношению заряда к потенциалу, если это записать в виде формулы, то получается следующее:

C=q/Ф

Электроемкость любого предмета зависит от его формы и геометрических размеров. Если рассмотреть проводник в форме шара, в качестве примера, то формула для расчета её величины будет иметь вид:

Эта формула справедлива для уединенного проводника.

(-12) Ф

Конденсаторы

Конденсатор — это две пластины из проводящего материала, расположенные друг напротив друга, между которым находится слой диэлектрика. В заряженном состоянии обкладки имеют разные потенциалы: одна из них будет положительной, а вторая отрицательной. Электроемкость конденсатора зависит от величины заряда на его обкладках и разности потенциалов, напряжения между ними. Между пластинами возникает электростатическое поле, которое удерживает заряды на обкладках. Формула электрической емкости конденсатора в общем случае:

C=q/U

Если сказать простыми словами, то емкость конденсатора зависит от площади пластин и расстояния между ними, а также относительной диэлектрической проницаемости материала, расположенного между ними. Их различают по используемому диэлектрику:

• керамические;
• плёночные;
• слюдяные;
• металлобумажные;
• электролитические;
• танталовые и пр.

По форме обкладок:

• плоские;
• цилиндрические;
• сферические и пр.

Так как формула площади фигуры зависит от её формы, то и формула ёмкости будет разной для каждого случая.

Для плоского конденсатора:

Для двух концентрических сфер с общим центром:

Для цилиндрического конденсатора:

Как и у других элементов электрической цепи и в этом случае есть два основных способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.

От этого зависит итоговая электрическая емкость полученной цепи. Расчёты ёмкости нескольких конденсаторов напоминают расчёты сопротивления резисторов в разном включении, только формулы для способов соединения расположены наоборот, то есть:

1. При параллельном соединении общая электроемкость цепи является суммой емкостей каждого из элементов. Каждый следующий подключенный увеличивает итоговую емкость

Cобщ=C1+C2+C3

2. При последовательном подключении электроемкость цепи снижается, подобно снижение сопротивления в цепи параллельно включённых резисторов. То есть:

Cобщ=(1/С1)+ (1/С2)+ (1/С3)

Важно! В параллельной схеме соединения напряжения на обкладках каждого элемента одинаковы. Это используют для получения больших значений электроемкости. В последовательном включении двух элементов напряжения на обкладках каждого из конденсаторов составляют по половине общего напряжения. Для трёх – трети и так далее.

Аккумуляторы и электроемкость

Основными характеристиками аккумуляторных батарей является:

• Номинальное напряжение.
• Емкость.
• Максимальный ток разряда.

В данном случае для определения количественной характеристики времени работы или, говоря простым языком, чтобы рассчитать, на какое время работы прибора хватит аккумулятора, используют величину ёмкости.

В аккумуляторных батареях для описания электрической ёмкости используют следующие размерности:

• А*ч — ампер-часы для больших аккумуляторов, например автомобильных.
• мА*ч — милиампер-часы, для аккумуляторов для носимых устройств, например смартфонов, квадрокопетров и электронных сигарет.
• Вт*часы — ватт-часы.

Эти характеристики позволяют определить, сколько времени работы выдержит аккумулятор при конкретной нагрузке. Для определения электрическую емкость аккумулятора измеряют в кулонах (Кл). В свою очередь кулон равен количеству электричества, переданному аккумулятору при силе тока 1А за 1с. Тогда если перевести в часы, то при токе в 1А за 1 час передается 3600 Кл.

Одним из способов измерения емкости аккумулятора является его разряд заведомо известным током, при этом вы должны замерить время разряда. Допустим, если аккумулятор разрядился до минимального уровня напряжения за 10 часов током в 5А – значит его емкость 50 А*ч

Электроемкость – это важная величина в электронике и электротехнике. На практике конденсаторы применяются практически в каждой схеме электронного устройства. Например, в блоках питания – для сглаживания пульсаций, уменьшения влияния высоковольтных всплесков на силовые ключи. Во времязадающих цепях различных схем, а также в ШИМ-контроллерах для того, чтобы задать рабочую частоту. Аккумуляторы также применяются повсеместно. Вообще задачи накапливания энергии и сдвига фаз встречаются очень часто.

Более подробно изучить вопрос поможет предоставленное видео:

Кратко объяснение изложено в этом видео уроке:

Теперь вы знаете, что такое электрическая емкость, в каких единицах происходит ее измерение и от чего зависит данная величина. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и понятной!

Материалы по теме:

3.3. Электрическая емкость проводников

Рассмотрим уединенный проводник, т. е. проводник, находящийся в однородной изотропной среде вдали от других проводников и заряженных тел. При сообщении такому проводнику избыточного заряда q последний распределяется по поверхности проводника с поверхностной плотностью , которая зависит от размеров и формы проводника.

Выделим на поверхности проводника малый элемент площади dS, полагая, что заряд этого элемента является точечным. В другой точке поверхности этого же проводника, отстоящей от элемента d

S на расстояние r, этот заряд создает электрическое поле, потенциал которого равен

,где – относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится проводник. Интегрируя это выражение по всей поверхности проводника S, найдем потенциал, создаваемый в рассматриваемой точке всем проводником:

Так как в различных точках на поверхности проводника поверхностная плотность заряда имеет разные значения, то будем полагать, что , где k – некоторая функция координат выбранного элемента поверхности dS. Тогда выражение для потенциала проводника имеет вид

.                  (3.1)

В полученном выражении интеграл зависит от размеров и формы поверхности проводника, а также от расположения точки, для которой определяется потенциал.

Значения этого интеграла не зависят от величины заряда, сообщенного проводнику, т. е. одинаковы при различных значениях заряда q.

Из формулы (3.1) следует, что потенциал уединенного проводника прямо пропорционален его заряду и отношение заряда q к потенциалу для данного проводника есть величина постоянная. Это отношение называется электрической емкостью, или электроемкостью, проводника:

Электрическая емкость уединенного проводника зависит от его формы и размеров, а также от величины относительной диэлектрической проницаемости среды, в которой он находится. Электроемкость не зависит от материала проводника, его агрегатного состояния, от формы и размеров возможных полостей внутри проводника. Электроемкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциала.

В качестве примера найдем электроемкость уединенного проводящего шара радиуса R, покрытого слоем диэлектрика с относительной проницаемостью и толщиной d. Пусть шар имеет заряд q. Тогда напряженность поля, создаваемого шаром внутри диэлектрического слоя,

За пределами слоя напряженность поля определяется выражением:

Потенциал поверхности шара:

Таким образом, электроемкость шара, покрытого слоем диэлектрика, есть

В случае, если толщина диэлектрического слоя , емкость шара равна . При d=0 она равна .

Из приведенных соотношений следует, что потенциалы одинаково заряженных и геометрически подобных проводников должны быть обратно пропорциональны их линейным размерам, а их электрические емкости прямо пропорциональны этим размерам.

Электроемкость проводника численно равна заряду, который нужно сообщить этому проводнику для изменения его потенциала на единицу. В СИ единица измерения электрической емкости 1 фарада (Ф). Это емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл: 1 Ф = 1 Кл / 1 В.

Если вблизи проводника есть другие проводящие незаряженные тела, то при сообщении проводнику некоторого электрического заряда его потенциал будет меньше, чем потенциал уединенного проводника таких же формы и размеров. Это обусловлено тем, что на поверхностях тел, обращенных к заряженному проводнику, будут индуцироваться электрические заряды противоположного знака.

Для наглядности поясним это явление на примере. Пусть на некотором расстоянии от проводящего шара радиуса R расположен незаряженный металлический стержень длиной l так, что его ближний конец находится на расстоянии r от центра шара, а дальний – на расстоянии (r + l). Если шару сообщить положительный электрический заряд Q, то создаваемое шаром поле будет индуцировать на ближнем конце стержня заряд -q, а на дальнем заряд +q. Потенциал шара при этом будет равен

Следовательно, электроемкость проводника возрастает, если недалеко от него находятся другие проводящие тела. В этом случае принято говорить о взаимной электроемкости проводников.

Наибольший интерес представляет взаимная электроемкость системы из двух проводников с равными по величине и противоположными по знаку электрическими зарядами: |+q| = |- q| = q. Их взаимная электрическая емкость определяется как отношение заряда к разности потенциалов ,где разность потенциалов между проводниками.

---

Вопросы

1) От чего зависит электроемкость проводника
2) Изобразите качественно изменения Е и в плоском, цилиндрическом и сферическом конденсаторах с изменением расстояния от центра симметрии указанных систем
3) Как изменяется емкость проводника, если недалеко от него находятся другие проводящие тела.

В чем измеряется мощность: активная, реактивная, полная

Электрические приборы характеризуются многими параметрами, одной из которых является мощность. Об этом многие слышали, но не каждый может точно объяснить, что это такое, в чем измеряется мощность и как ее определить.

Знание мощности помогает сравнивать однотипные устройства, подбирать необходимый источник питания, прогнозировать расход электроэнергии и некоторое другое. В первую очередь, конечно же, необходимо познакомиться с этим термином.

Что такое мощность электрического тока

Под мощностью электрического тока понимают некоторые изменения, связанные с энергией. Например, передача электроэнергии по проводам. В этом случае определяется мощность линии.

Или это может быть преобразование, так электродвигатель может совершать какую-то механическую работу, телефон преобразует электричество в радиоволны, расходует энергию на работу процессора, экрана и тому подобное. Получается, что под мощностью понимают потребление энергии за определенный промежуток времени.

Но есть и обратный процесс. Так генератор, напротив, вырабатывает электроэнергию, отдавая ее потребителю, обладает какой-то мощностью. Аккумулятор может быть как источником энергии, так и потребителем во время заряда. По своей сущности мощность является скалярной величиной и определяется в точечном отрезке времени.

Скалярная – величина, определяемая только числом, без указания направления движения электрического тока.

Кроме того, сам потребитель может менять свою мощность в зависимости от поставленной задачи. На примере съемочной камеры это легче объяснить.

При работе камеры ток потребления один, если делается фотосъемка, то мощность другая, а если применяется вспышка, то мощность уже третья. И каждый раз можно определить потребление энергии с помощью простой формулы.

Формула расчета мощности, тока и напряжения

Сначала следует определить входящие в формулу единицы измерения мощности или определить, что делает электрическую энергию способной выполнять какие-либо действия?

Электрический заряд, из которого состоит ток, должен перемещаться, только в этом случае возможно его проявление, так как по определению электрический ток – это движение заряженных частиц по замкнутой цепи. Поэтому мощность напрямую зависит от количества перемещенной энергии за точку времени в определенной цепи.

Что заставляет заряды перемещаться? Это создаваемая источником питания разность потенциалов. Измеряется она в Вольтах и называется напряжением. Другое, что еще нужно учесть – количество зарядов, проходящих в этот момент через поперечное сечение проводника. Это называется силой тока и измеряется в Амперах. Вот две составляющие, которые необходимы для упрощенной формулы.

Что нужно сделать с этими составляющими? Чтобы проще было понять, будем считать, что напряжение отвечает за скорость передвижения, а ток за количество заряда. Пусть напряжение будет равно 1 единице, а ток начнется с 2 зарядов. В этом случае за единицу времени будет перемещено 2 заряда.

А если напряжение увеличить до 2 единиц? Тогда и зарядов будет перемещено в два раза больше, поскольку скорость перемещения будет увеличена.

Из этого делаем вывод: чтобы узнать мощность (количество перемещенных зарядов), необходимо напряжение умножить на ток. Подставив условные обозначения, получим формулу мощности: P=UI;

• где P – мощность,
• U – напряжение,
• I – сила тока.

Осталось узнать, в чем измеряется электрическая мощность.

Ватт и другие единицы измерения мощности

Впервые понятие ватт было использовано в 1882 году. До этого мощность измерялась в лошадиных силах. В международную систему этот термин был включен в 1960 году. Для обозначения используют букву W в международной системе и Вт, как русский эквивалент. Понятие мощности используется не только в электротехнике, мощность может быть:

• механической;
• тепловой;
• электромагнитной и так далее.

Если разбираться в чем измеряется мощность тока, то здесь существуют производные от основной единицы. Полный список приводится в таблице.

В быту чаще всего используются Ватты и килоВатты. И здесь может возникнуть путаница. Когда нужно узнать, в чем измеряется мощность, то следует уточнять, о чем идет речь. Дело в том, что есть еще одно измерение – киловатт в час. В чем разница между килоВатт и килоВатт в час?

Первое понятие указывает на мощность прибора, то есть способность прибора преобразовывать электрическую энергию во что-то другое. Например, лампочка мощностью 1 кВт способна за один час потребить энергию равную мощности в 1 кВт.

Лампочка мощностью 100 Вт за 10 часов потребит такую же энергию. А счетчик, который контролирует потребление энергии, за один час учитывает потребление всей энергии, проходящей через него. За этот же час может быть расходовано несколько килоВатт.

Получается, что мощность прибора не зависит от времени работы, а вот потребляемая мощность, напротив, напрямую связана со временем. Поскольку речь пошла о переменном токе, то следует также отметить, что и здесь не все так просто.

В чем измеряется активная, реактивная и полная мощность

Когда речь идет о постоянном токе, тогда приведенная выше формула применима к вычислению. Она также может быть использована для измерения мгновенного значения мощности в переменном токе, но что касается определения мощности в длительном временно́м значении, то здесь эта формула неприменима. Дело в том, что в переменном токе существует несколько определяемых мощностей:

• активная;
• реактивная;
• полная.

Сразу отметим, что полная мощность включает в себя активную и реактивную мощности. Что представляют собой эти составляющие и в чем измеряется мощность каждой из них?

Реактивная мощность, если не вдаваться в сложности, состоит из мощности нагрузки, в цепи которой включены индуктивности и (или) емкости.

Индуктивностью называются катушки, с сердечником или без. Например, трансформатор, двигатель, дроссель. Под емкостью подразумевают конденсаторы.

Она определяется по формуле Q=U·I·sinφ. Единицей измерения служит ВАр (Вольт-Ампер реактивный) или var. Новая составляющая sinφ определяет сдвиг фазы в градусах или радианах. Что это значит?

При прохождении переменного тока через индуктивность ток начинает опаздывать от меняющегося напряжения. Связано это с электромагнитным полем, возникающим при прохождении через проводник тока. Это поле мешает менять направление. Такой сдвиг называют положительным.

Емкость, напротив, действует в обратном направлении. Конденсатор стремится сравнять разность потенциалов на своих обкладках. Поэтому ток опережает напряжение. Такой сдвиг называют отрицательным.

Активная мощность определяется по формуле P=U·I·cosφ. В цепи с активной нагрузкой емкостные и индуктивные составляющие выражены очень слабо. Измеряется в Ваттах (Вт).

Полная мощность определяется суммой активной и реактивной мощности для вектора. Измеряется в Вольт Амперах для СИ, в России используется ВА (Вольт-Ампер).

Мощность бытовых электрических приборов

Мощность служит основной характеристикой прибора, поэтому она указывается на каждом выпускаемой промышленностью электроприборе. Как варьирует эта мощность можно увидеть из таблицы.

Знание, в чем измеряется мощность прибора и что она характеризует, помогает согласовать нагрузку с источником тока, а это, в свою очередь, обеспечивает надежную работу всей системы.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья – поделись с друзьями!

 

Конденсатор

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от его главной характеристики – емкости. Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U).

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) – единицах, названых в честь британского ученого физика Майкла Фарадея. Емкость в один фарад (1F) равняется количеству заряда в один кулон (1C), создающему напряжение на конденсаторе в один вольт (1V). Вспомним, что один кулон (1С) равняется величине заряда, прошедшего через проводник за одну секунду (1sec) при силе тока в один ампер (1A).

Однако кулон, это очень большое количество заряда относительно того, сколько способно хранить большинство конденсаторов. По этой причине, для измерения емкости обычно используют микрофарады (µF или uF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).

• 1nF = 0.000000001 = 10^-9 F

• 1pF = 0.000000000001 = 10^-12 F

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.

В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.

Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т. е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.

Заряд конденсатора. Напряжение

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

• Ic — ток конденсатора

• C — Емкость конденсатора

• ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Разряд конденсатора

После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине.

В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.

Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.

Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда должно пройти по цепи, и тем больше времени потребует процесс зарядки/разрядки ( ток определяется как количество заряда, прошедшего по проводнику за единицу времени). Чем больше сопротивление R, тем меньше ток. Соответственно, больше времени потребуется на зарядку.

Продукт RC (сопротивление, умноженное на емкость) формирует временную константу τ (тау). За один τ конденсатор заряжается или разряжается на 63%. За пять τ конденсатор заряжается или разряжается полностью.

Для наглядности подставим значения: конденсатор емкостью в 20 микрофарад, сопротивление в 1 килоом и источник питания в 10В. Процесс заряда будет выглядеть следующим образом:

Устройство конденсатора. От чего зависит емкость?

Емкость плоского конденсатора зависит от трех основных факторов:

• Площадь пластин — A

• Расстояние между пластинами – d

• Относительная диэлектрическая проницаемость вещества между пластинами — ɛ

Площадь пластин

Чем больше площадь пластин конденсатора, тем больше заряженых частиц могут на них разместится, и тем больше емкость.

Расстояние между пластинами

Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).

Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость ɛ. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

• Бумага – от 2.5 до 3.5

• Стекло – от 3 до 10

• Слюда – от 5 до 7

• Порошки оксидов металлов – от 6 до 20

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Ток утечки

Также при работе конденсатора учитывается такой параметр как ток утечки. Поскольку в реальной жизни диэлектрик между пластинами все же пропускает маленький ток, это приводит к потере со временем начального заряда конденсатора.

Лекция по физике для 10-го физико-математического профильного класса “Электрическая емкость проводника.

Единица электроемкости. Конденсатор. Емкость плоского конденсатора. Соединения конденсаторов. Энергия, накопленная в конденсаторе. Применение конденсаторов”

Цели и задачи: сформировать представление об электроёмкости вообще и конденсатора в частности, ввести единицу измерения электроёмкости, рассмотреть зависимость ёмкости конденсатора от его геометрической конструкции, соединения конденсаторов, типы конденсаторов и их применение, обратив особое внимание на использование конденсатора в качестве накопителя энергии и выяснив формулы для энергии конденсатора.

УМК: Конденсатор, электрометр, пластина из диэлектрика, набор конденсаторов, проектор, компьютер.

Домашнее задание задано по учебнику Мякишева А.В. для профильных 10-11 классов “Электродинамика” 2011 г., задачи заданы по сборнику Гольдфарба Н.И. с целью ознакомления учащихся с примерами решения задач по данной теме (учащиеся их оформляют в тетради для домашних работ и следующий урок – семинар, посвящён именно решению задач по теме).

Ход урока

рис.1.

На демонстрационном столе собрана установка (см. рис.1).

Если корпус электрометра соединить с землей, то он измеряет напряжение. Зарядим шарик (малый), сообщая ему заряд от разрядника. Видим, что с ростом заряда, растет напряжение между ним и землей. После того как опыт повторили 3-4 раза заряд и напряжение перестают расти.

Следовательно шарик вмещает в себе определенное кол-во зарядов. Если заменить малый шар на большой, то видно, что он вмещает большее количество зарядов.

Электрическая ёмкость С уединённого проводника – это отношение заряда проводника к его потенциалу.

Электроёмкость не зависит от величины заряда и напряжения на проводнике, а характеризует его электрические свойства и определяется размерами и формой проводника.

 1Рассмотрим электроёмкость уединённого шара:

Единица электроёмкости : [C] = 1 Ф (фарад) – это электроёмкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1В при сообщении ему заряда в 1 Кл.

Конденсатор – устройство для накопления заряда и энергии. Конденсатор представляет собой два проводника, разделённых тонким слоем диэлектрика. Проводники называют обкладками конденсатора.

На демонстрационном столе установка (см. рис.2)

рис.2

Демонстрируется Приложение 1 (ВИДЕО об устройстве конденсаторов)

Электроемкость конденсатора зависит:

1. От величины заряда C q (одной из обкладок)

2. От напряжения между пластинами

Электроёмкость конденсатора определяется формулой:

Различают конденсаторы также по форме: плоские и сферические. (см. рис.3)

 

рис.3.

Также конденсаторы различают по диэлектрику:

– Электролитические

– Воздушные

– Слюдяные

– Бумажные. (см. рис.4)

 

рис. 4

Далее учащимся по партам передаются конденсаторы разные по форме, демонстрируются также конденсаторы переменной ёмкости. (см. рис.5).

рис.5

Электрическое поле плоского конденсатора (см.рис.6)

рис.6

Электроемкость плоского конденсатора зависит от геометрических размеров

C S (площадь пластины)

(диэлектрическая проницаемость)

C (расстояние между пластинами)

Рассмотрим энергию заряженного конденсатора.

Т.к. энергия однородного поля равна Wp = Eqd, то для одной пластины Wp = Eqd/2.

Пример 1. Если расстояние между пластинами уменьшили в 2 раза, как изменились емкость, напряжение, напряженность, энергия поля?

Если конденсатор отключен от источника напряжения, то q = const!

Емкость		Увеличилась
Напряжение		уменьшилось
Напряженность		Не изменилась
Энергия электрического поля		Уменьшилась

Пример 2. Как изменятся емкость, заряд, напряженность и энергия поля при удалении диэлектрика с ??

Если конденсатор не отключен от источника напряжения, то U = const!

Емкость		уменьшилась
Заряд		уменьшился
Напряженность		Не изменилась
Энергия электрического поля		уменьшилась

Соединения конденсаторов:

1) Последовательное (см. рис.7)

q1 = q2

U = U1 + U2

рис.7

2) Параллельное (см. рис.8)

U = U1 = U2

q = q1 + q2

CU = C1U + C2U —> C = C1 + C2

рис.8

Рассмотрим свойства и применение конденсаторов.

Конденсатор – накопитель электроэнергии. Как видно из формулы конденсатор способен хранить электрические заряды тем больше, чем больше его емкость. Если необходимо получить электрический ток большой мощности (N = I2 R), то выгодно иметь большую силу тока, а (I = Q/t), т.е. имея большой заряд, протекающий по проводнику за очень малое время, получаем большую мощность. Конденсатор большой емкости при разрядке дает большую мощность. Пример: фотовспышка

конденсатор – измеритель времени. При зарядке и разрядке конденсатора время этих процессов зависит от емкости конденсатора пропорционально. Это свойство можно использовать для отсчета времени. Например: часы, реле времени ….

Конденсатор в переменном токе. В цепях переменного тока конденсатор периодически перезаряжается, поэтому по подводящим к нему проводникам постоянно проходит ток, а в цепи постоянного тока конденсатор, зарядившись, ток не пропускает. Поэтому конденсатор можно использовать как фильтр для переменного тока. Пример: выпрямители.

Конденсатор и частота переменного тока. В зависимости от частоты переменного тока конденсатор быстро или медленно перезаряжается , при этом оказывая разное сопротивление переменному току. Это используют в частотных фильтрах переменного тока. Например: приемный контур радиоприемника, телевизора, генераторы переменных сигналов. …

Демонстрируется Приложение 2 (ВИДЕО о применении конденсаторов).

Электрическая емкость (страница 1)

Решение:
При перемещении пластины емкость конденсатора в данный момент времени определяется той частью площади пластин, по которой они перекрывают друг друга. В моменты времени t₁ и t₂ площади

где l=10 см-длина стороны пластины. В эти моменты времени конденсатор имеет емкости

а заряды на его пластинах

11 Найти заряд, который нужно сообщить двум параллельно соединенным конденсаторам с емкостями C₁ = 2 мкФ и С₂=1 мкФ, чтобы зарядить их до разности потенциалов V=20кВ.

Решение:
Общий заряд параллельно соединенных конденсаторов

12 Два одинаковых плоских конденсатора соединены параллельно и заряжены до разности потенциалов V₀ = 6 В. Найти разность потенциалов V между пластинами конденсаторов, если после отключения конденсаторов от источника тока у одного конденсатора уменьшили расстояние между пластинами вдвое.

Решение:

13 Два конденсатора с емкостями С₁ = 1 мкФ и С₂ = 2мкФ зарядили до разностей потенциалов V₁=20B и V₂ = 50 В. Найти разность потенциалов V после соединения — конденсаторов одноименными полосами.

Решение:

14 Конденсатор емкости C₁ = 20 мкФ, заряженный до разности потенциалов V₁ = 100B, соединили параллельно с заряженным до разности потенциалов V₁=40 В конденсатором, емкость которого С₂ неизвестна (соединили одноименно заряженные обкладки конденсаторов). Найти емкость С₂ второго конденсатора, если разность потенциалов между обкладками конденсаторов после соединения оказалась равной V=80 В.

Решение:

15 Конденсатор емкости С₁=4мкФ, заряженный до разности потенциалов V₁ = 10B, соединен параллельно с заряженным до разности потенциалов V₂ = 20 В конденсатором емкости С₂ = 6 мкФ (соединили разноименно заряженные обкладки конденсаторов). Какой заряд окажется на пластинах первого конденсатора после соединения?

Решение:
Заряды конденсаторов до их соединения q₁ = C₁V₁ и q₂ = C₂V₂. После соединения разноименно заряженных обкладок конденсаторов общий заряд q = |q₂-q₁| = (C₁ + C₂)V и заряд первого конденсатора где V-разность потенциалов между обкладками конденсаторов после соединения; отсюда

16 Конденсатор, заряженный до разности потенциалов V₁ = 20 В, соединили параллельно с заряженным до разности потенциалов V₂ = 4 В конденсатором емкости С₂ = 33 мкФ (соединили разноименно заряженные обкладки конденсаторов). Найти емкость С1 первого конденсатора, если разность потенциалов между обкладками конденсаторов после их соединения V=2 В.

Решение:
После соединения разноименных обкладок общий заряд q = CV равен разности зарядов q₁ = C₁V₁ и q₂ = C₂V₂ отдельных конденсаторов, где С=С₁ + С₂ — общая емкость после соединения. Таким образом,


17 Конденсатор емкости С₁ = 1 мкФ, заряженный до разности потенциалов V₁ = 100B, соединили с конденсатором емкости С₂ = 2 мкФ, разность потенциалов V₂ на обкладках которого неизвестна (соединили разноименно заряженные обкладки конденсаторов). Найти разность потенциалов V₂, если разность потенциалов между обкладками конденсаторов после соединения оказалась равной V=200 В.

Решение:
До соединения заряды первого и второго конденсаторов

После соединения разноименных обкладок общий заряд

Двойной знак мы здесь поставили потому, что заранее не известно, какой из зарядов, q₂ или q₁ больше; отсюда

Решение со знаком минус соответствует случаю, когда знаки зарядов на пластинах первого конденсатора после соединения пластин не меняются, а со знаком плюс-случаю, когда эти знаки становятся обратными. Так как в нашем случае , а величина |V₂| должна быть всегда положительной, то существует лишь одно решение-со знаком плюс. В результате |V₂| = 350 В.

18 Два проводящих шара с радиусами R₁ и R₂ расположены так, что расстояние между ними во много раз больше радиуса большего шара. На шар радиуса R₁ помещен заряд q. Каковы будут заряды на шарах после соединения их проводником, если второй шар не был заряжен? Емкостью проводника, соединяющего шары, пренебречь.

Решение:


19 Два проводящих шара с радиусами R₁ = 8см и R₂ = 20 см, находящихся на большом расстоянии друг от друга, имели электрические заряды q₁=40 нКл и q₂=— 20 нКл. Как перераспределятся заряды, если шары соединить проводником? Емкостью проводника, соединяющего шары, пренебречь.

Решение:
Соединение шаров проводником эквивалентно параллельному соединению конденсаторов. После соединения


20 Два проводящих шара с радиусами R₁ = 10см и R₂ = 5см, заряженных до потенциалов φ₁=20B и φ₂=10В, соединяются проводником. Найти поверхностные плотности зарядов на шарах σ₁ и σ₂ после их соединения. Расстояние между шарами велико по сравнению с их радиусами. Емкостью проводника, соединяющего шары, пренебречь.

Решение:
Заряды на шарах до и после соединения Общий потенциал шаров после соединения определим из условия сохранения заряда
Заряды на первом и втором шарах после соединения

Поверхностные плотности зарядов на шарах


21 Плоский воздушный конденсатор, заряженный до разности потенциалов V₀ = 800 В, соединили параллельно с таким же по размерам незаряженным конденсатором, заполненным диэлектриком. Какова диэлектрическая проницаемость e диэлектрика, если после соединения разность потенциалов между пластинами конденсаторов оказалась равной V=100В?

Решение:

22 Найти емкость С трех плоских воздушных конденсаторов, соединенных параллельно. Размеры конденсаторов одинаковы: площадь пластины S=314 см², расстояние между пластинами d=1 мм. Как изменится емкость трех конденсаторов, если пространство между пластинами одного конденсатора заполнить слюдой (диэлектрическая проницаемость ε₁ = 7), а другого — парафином (диэлектрическая проницаемость ε₂ = 2)?

Решение:
Емкость трех конденсаторов без диэлектрика При заполнении двух конденсаторов диэлектриками емкость трех конденсаторов

23 В заряженном плоском конденсаторе, отсоединенном от источника тока, напряженность электрического поля равна Е₀. Половину пространства между пластинами конденсатора заполнили диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε (толщина диэлектрика равна расстоянию между пластинами). Найти напряженность электрического поля Е в пространстве между пластинами, свободном от диэлектрика.

Решение:
Если d-расстояние между пластинами и С₀ — емкость конденсатора без диэлектрика, то разность потенциалов между пластинами конденсатора (без диэлектрика) и заряд на пластинах Конденсатор, половина которого заполнена диэлектриком, можно рассматривать как два соединенных параллельно конденсатора (рис. 341), причем один не содержит диэлектрика и имеет емкость а в другом все пространство между пластинами заполнено диэлектриком, и поэтому его емкость Полная емкость конденсатора, половина которого заполнена диэлектриком, При отключенном источнике тока заряд на пластинах сохраняется, поэтому разность потенциалов между пластинами V=q/C, и напряженность электрического поля в пространстве между пластинами, свободном от диэлектрика,


24 Два последовательно соединенных конденсатора с емкостями C₁ = 1 мкФ и С₂ = 3 мкФ подключены к источнику тока с напряжением V =220 В. Найти напряжение на каждом конденсаторе.

Решение:
Если V₁ и V₂ — напряжения на первом и втором конденсаторах, то V= V₁ + V₂, а заряды на них одинаковы и равны
q=C₁V₁=C₂V₂; отсюда

При последовательном соединении конденсаторов на конденсаторе меньшей емкости напряжение больше, чем на конденсаторе большей емкости.

25 Два последовательно соединенных конденсатора с емкостями C₁ = 1 мкФ и С₂ = 2 мкФ подключены к источнику тока с напряжением V =900 В. Возможна ли работа такой схемы, если напряжение пробоя конденсаторов V_пр = 500 В?

Решение:
Напряжения на первом и втором конденсаторах (см. задачу 24). Работать при указанном в условии задачи напряжении пробоя конденсаторов нельзя, ибо произойдет пробой первого, а затем и второго конденсаторов.

26 Два последовательно соединенных конденсатора подключены к источнику тока с напряжением V= 200 В (рис. 79). Один конденсатор имеет постоянную емкость C₁ = 0,5 мкФ, а другой — переменную емкость С₂ (от Cmin = 0,05 мкФ до Сmах = 0,5 мкФ). В каких пределах изменяется напряжение на переменном конденсаторе при изменении его емкости от минимальной до максимальной?

Решение:
При изменении емкости переменного конденсатора С₂ от Cmin до Сmax, напряжение на нем V изменяется в пределах (см. задачу 24)

27 При последовательном соединении трех различных конденсаторов емкость цепи С₀ = 1 мкФ, а при параллельном соединении емкость цепи С=11мкФ. Найти емкости конденсаторов С₂ и С₃, если емкость конденсатора С₁ = 2 мкФ.

Решение:

28 При последовательном соединении трех различных конденсаторов емкость цепи С₀ = 0,75 мкФ, а при параллельном соединении емкость цепи С = 7 мкФ. Найти емкости конденсаторов С₂ и С₃ и напряжения на них V₂ и V₃ (при последовательном соединении), если емкость конденсатора C₁ = 3 мкФ, а напряжение на нем V₁ = 20B.

Решение:
При последовательном соединении конденсаторов имеем

при параллельном

Из этих уравнений находим

Согласно теореме Виета С2 и С3 должны быть корнями квадратного уравнения

Решая его, найдем

Заряды на всех конденсаторах при последовательном соединении равны между собой:


29 Три последовательно соединенных конденсатора с емкостями С₁ = 100пФ, С₂ = 200 пФ, С₃ = 500 пФ подключены к источнику тока, который сообщил им заряд q=10нКл. Найти напряжения на конденсаторах V₁, V₂ и V₃, напряжение источника тока V и емкость всех конденсаторов С₀.

Решение:
При последовательном соединении конденсаторов заряд каждого конденсатора равен q, поэтому

Напряжение источника тока равно полному напряжению на всех конденсаторах:

Так как при последовательном соединении
то

30 Три последовательно соединенных конденсатора с емкостями С₁=0,1мкФ, С₂ = 0,25 мкФ и С₃ = 0,5 мкФ подключены к источнику тока с напряжением V =32 В. Найти напряжения V₁, V₂ и V₃ на конденсаторах.

Решение:


31 Два одинаковых воздушных конденсатора емкости С=100пФ соединены последовательно и подключены к источнику тока с напряжением V= 10 В. Как изменится заряд на конденсаторах, если один из них погрузить в диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε = 2?

Решение:
При последовательном соединении конденсаторов заряды на конденсаторах равны. До погружения одного из них в диэлектрик заряд на каждом конденсаторе

после погружения одного из них в диэлектрик заряды конденсаторов будут

Учитывая, что

Изменение заряда на конденсаторах


32 Два плоских воздушных конденсатора с одинаковыми емкостями соединены последовательно и подключены к источнику тока. Пространство между пластинами одного из конденсаторов заполняют диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε = 9. Во сколько раз изменится напряженность электрического поля Е в этом конденсаторе?

Решение:
Первоначальная напряженность электрического поля в каждом конденсаторе

где d-расстояние между пластинами конденсатора. После заполнения одного конденсатора диэлектриком напряженность электрического поля в нем

Отношение напряженностей


33 Решить предыдущую задачу для случая, когда конденсаторы после зарядки отключаются от источника тока.

Решение:
После отключения конденсатора от источника тока и заполнения его диэлектриком заряд на нем не изменяется:

Напряженность электрического поля в конденсаторе, заполненном диэлектриком,

Отношение напряженностей

34 Два плоских воздушных конденсатора с одинаковыми емкостями С=10пФ соединены последовательно. Насколько изменится емкость конденсаторов, если пространство между пластинами одного из них заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε = 2?

Решение:
Изменение емкости соединенных конденсаторов


35 В плоский воздушный конденсатор с площадью обкладок S и расстоянием между ними d введена параллельно обкладкам проводящая пластинка, размеры которой равны размерам обкладок, а ее толщина намного меньше d. Найти емкость конденсатора с проводящей пластинкой, если пластинка расположена на расстоянии l от одной из обкладок конденсатора.

Решение:
После введения пластинки образовалось два последовательно включенных конденсатора с емкостями

(рис. 342). Их общую емкость определим из соотношения

где С-первоначальная емкость конденсатора. Таким образом, после введения пластинки при любом ее положении С₀ = С.

36 В плоский воздушный конденсатор с площадью обкладок S и расстоянием между ними d введена параллельно обкладкам проводящая пластинка, размеры которой равны размерам обкладок, а толщина d_п = d/3

Решение:
Введение проводящей пластинки между обкладками конденсатора приводит к образованию двух последовательно включенных конденсаторов с расстояниями между обкладками d₁ и d₂ и емкостями

(рис. 343). Их общую емкость находим из соотношения

При -первоначальная емкость конденсатора.

37 Плоский воздушный конденсатор заряжен до разности потенциалов V₀ = 50 В и отключен от источника тока. После этого в конденсатор параллельно обкладкам вносится проводящая пластинка толщины d_п= 1 мм. Расстояние между обкладками d=5 мм, площади обкладок и пластинки одинаковы. Найти разность потенциалов V между обкладками конденсатора с проводящей пластинкой.

Решение:
Емкости конденсатора до и после внесения проводящей пластинки толщины d_п (см. задачу 36)
Заряд конденсатора, отключенного от источника тока, не изменяется:

отсюда разность потенциалов между обкладками конденсатора после внесения проводящей пластинки

38 В плоский воздушный конденсатор с площадью обкладок S и расстоянием между ними d вводится параллельно обкладкам диэлектрическая пластинка толщины d₁<d/ Диэлектрическая проницаемость пластинки равна ε, площади обкладок и пластинки одинаковы и равны S. Найти емкость конденсатора с диэлектрической пластинкой.

Решение:

Фарад, единица емкости – Энциклопедия по машиностроению XXL

Единица емкости фарад (Ф) – емкость такого проводника, потенциал которого увеличивается на один вольт при сообщении ему заряда в один кулон. Соотношение между единицами СИ и СГС  [c.267]

Коэффициент Еэ называется электрической постоянной. Из формулы (7.32) вытекает для ео единица у 2-с7(м2-Н). Однако обычно это наименование записывают в виде Ф/м, где Ф — обозначение единицы емкости— фарады. Следовательно,  [c.197]

Если в (9.25) под С понимать емкость конденсатора, то единице емкости можно дать следующее определение фарада равна электрической емкости конденсатора, при которой заряд 1 Кл создает на конденсаторе разность потенциалов 1 В. Размерность электрической емкости  [c.74]

Иногда единицу емкости называют сантиметр (см). Однако официального признания это название не получило. Соотношение этой единицы с фарадой  [c.172]

Ф фарада. (единица электрической емкости)  [c.540]

Фарада — единица измерения емкости проводника. Проводник обладает емкостью, равной одной фараде, если при сообщении ему одного кулона электричества его потенциал изменился на один вольт. Микрофарада — одна тысячная фарады,  [c.150]

Свойство конденсатора накапливать электрические заряды называют емкостью. Единицей емкости является фарада, представляющая собой емкость конденсатора, заряженного до напряжения в 1 В одним кулоном электричества. Емкость конденсаторов, применяемых в системах зажигания автомобилей, измеряется в миллионных долях фарады — микрофарадах (мкФ).  [c.102]

В СГСЭ единица емкости — сантиметр (см) соотношения этой единицы с фарадой и пикофарадой (1пФ = 10  [c.20]

Емкость конденсаторов зависит от геометрических размеров металлических обкладок, диэлектрика и его диэлектрической проницаемости (табл. 38). В системе единиц СИ за единицу емкости принята фарада (Ф). Это емкость такого конденсатора, у которого заряд в 1 кулон (Кл) вызывает разность потенциалов на его обкладках, равную 1 В. Дольные единицы фарады микрофарада (мкФ) и пикофарада (пФ) 1 мкФ=10- Ф 1 пФ=10- Ф.  [c.132]

В СИ за единицу емкости принята фарада (ф), т. е. емкость такого конденсатора, у которого заряд в 1 к вызывает разность потенциалов на его обкладках, равную 1 в. Дольные единицы фарады микрофарада (мкф) и пикофарада (пф). 1 мкф=10 ф 1 пф= 0 ф. В системе единиц СГС за единицу емкости принят сантиметр (см). Соотношение между единицами СИ и СГС следующее  [c.194]

Свойство конденсатора накапливать электрические заряды называется электрической емкостью. Единицей емкости является фарада. Емкость небольших конденсаторов измеряется в миллионных долях фарады — микрофарадах (мкф).  [c.96]

Электроемкость. Важным свойством проводников является их электроемкость С, под которой подразумевается физическая величина, измеряемая отношением заряда проводника к его потенциалу. В международной системе единиц за единицу емкости принята емкость такого проводника, увеличение на котором заряда на 1к ведет к повышению его потенциала на 1 в. Такая единица называется фарадой ф. Для практических целей применяется меньшая единица емкости—микрофарада, равная одной миллионной доле фарады мкф.  [c.11]

ФАРАДА, единица электроемкости (см. Емкость) в практической системе мер (см.), равная емкости электрического конденсатора (см.), заряженного одним кулоном (см.) при разности  [c.383]

За единицу электроемкости в системе МКСА принята фарада (ф). 1 фарада — это емкость такого конденсатора, у которого при наличии заряда в 1 кулон (на одной из обкладок) разность потенциалов между обкладками равна 1 а. В системе СГСЕ единицей электроемкости является сантиметр (см).  [c.96]

Фарад — единица электрической емкости. Наименование единицы дано по имени английского ученого М. Фарадея (1791—1867).  [c.88]

Фарад является настолько большой единицей емкости, что в практике обычно применяют дольные единицы микрофарад (10-6 пикофарад (10 Ф).  [c.88]

Из этих данных по способу наименьших квадратов определяют значение емкости каждого конденсатора. Размер единицы емкости— фарада — определяется с погрешностью 3-К)- , исходя из сред-  [c.88]

Экспериментально установлено, что для любой конфигурации электродов отношение заряда к потенциалу между электродами всегда постоянно. Это постоянное отношение удобно использовать для характеристик зарядного устройства оно получило название емкости, а само устройство — конденсатора. Единицей электрической емкости является фарада, которая представляет Собой отношение кулона к вольту  [c.251]

Коэффициент бо называется электрической постоянной. Из формулы (7.32) для электрической постоянной вытекает обозначение единицы А с /(м Н). Однако обычно это обозначение записывают в виде Ф/м, где Ф -обозначение единицы электрической емкости – фарад. Следовательно,  [c.240]

Емкость (С) — отношение величины заряда конденсатора к величине напряжения между его электродами. Единица электрической ёмкости — фарада (ф) представляет собой такую ёмкость, напряжение которой повышается на 1 в при сообщении ей заряда в 1 . В практических расчётах пользуются меньшей единицей — микрофарадой, равной 1 мкф =  [c.514]

Эта единица называется фарада (Ф). Фарада равна электрической емкости уединенного проводника, при которой заряд 1 Кл повышает потенциал проводника на 1 В.  [c.74]

Изменение числового значения электрической постоянной позволяет при рационализации сохранить неизменным, кроме кулона, следующие важнейшие электрические единицы силы тока — ампер, напряжения — вольт, электрической емкости — фараду, напряженности электрического поля — вольт на метр, а таклмагнитные единицы магнитной индукции — тесла, магнитного потока — вебер,  [c. 151]

Пример 7. Выразить единицу электрической емкости СГС в фарадах. Как известно,  [c.217]

Емкостью называется свойство проводников накапливать и удерживать электрический заряд. Емкость проводников обозначается буквой С. Единицей измерения емкости принята фарада, обозначаемая буквами Ф или Р мкф и[c.35]

За единицу емкости в международной системе СИ принимают фараду (Ф) — емкость такого конденсатора, у которого потенциал возрастает на один вольт при сообщении ему заряда в один кулон (Кл). Это очень большая величина, поэтому для практических целей используют более мелкие единицы емкости микрофараду (мкФ), нанофараду (нФ) и пикофараду (пФ)  [c.272]

Фарада, единица электрической емкости, определена условием, что 1 кулон в 1 фараде дает 1 вольт. Она равна 10 ед. СГСМ.  [c.13]

В системе МКСА за единицу емкости принята фарада (ф).Она представляет емкость конденсатора, у которого заряд в 1 кулон к) вызывает разность потенциалов на его обкладках, равную 1 вольту (в). В системе СГС за единицу емкости принят сантиметр (см). Более мелкими единицами электрической емкости является микрофарада (мкф) и пикофарада (пф), или, иначе, микромикрофарада мкмкф). Соотнощение между этими единицами следующее  [c.186]

Большой шаг вперед в области установления общепризнанных единиц был сделан в 1861 г. Британской ассоциацией для содействия развитию наук, создавшей специальный Комитет для разработки вопроса эб эталоне единицы электрического сопротивления. В состав Комитета входили такие видные учены, как У. Томсон (Кельвин), Дж. К- Максвелл и др. Комитет расширил программу своих работ и, не ограничив-иись проблемой единицы и эталона сопротивления, представил в 1670 г. Ассоциации проект, в котором рекомендовалась система электрических Единиц, основанная на абсолютной электромагнитной системе. Комитет предложил на рассмотрение следующие практические единицы сопротивления — омада или- ом , э. д. с. — вольт , электрической емкости— фарада . Единицы тока и количества электричества были производными от предыдущих, и для них особых названий предложено не было.  [c.273]

Коэфициент пропорциональности С называется емкостью конденсатора и измеряется в фарадах (Р). Фарада соответствует 9-10 см в единицах С05. Емкость в 1 фараду имеет такой конденсатор, который получает заряд в 1 кулон при разности потенциалов (напряжений) в 1 V. На практике большей частью пользуются более мелкой единицей емкости, равной одной миллионной доле фарады и называемой микрофарадой (цр). Еще более мелкой единицей емкости является микромикрофарада ( 1 1.Р) или пикофарада (рР), равная одной мил-  [c.202]

В нерационализованной системе МКСА jio=10 Гн/м. Единицы индуктивности и емкости — генри и фарад — при рационализации не могут измениться. Поэтому рационализуются сами понятия и во. В рационализованной системе МКСА и Международной системе абсолютная магнитная и абсолютная диэлектрическая проницаемости вакуума, называемые магнитной и электрической постоянными, равны  [c.116]

Фарада (ф) — единица измерения емкости проводника. Проводник обладает емкостью, равной ф, если при сообщении ему 1 к электричества его потенциал изменился на 1 в. Л икрофарада (мкф)—одна миллионная доля фарады.  [c.141]

Международные электрические единицы. После изготовления эталонов для абсолютных практических электрических единиц было обнаружено расхождение с теоретически установленными абс. практ. ед. По этой причине в 1893 г. МКЭ взамен абсолютных принял международные электрические единицы. В качестве основных ед. были приняты ом, ампер, вольт. В 1908 г. МКЭ вольт был отнесен к числу производных ед. в СССР М, э. е. были введены постановлением ВСНХ РСФСР от 7 февраля 1919 г. Об электрических единицах”, а в 1929 г. были включены в ОСТ 515. Определялись М. э. е. след, образом. Ом — сопротивление ртутного столба (при неизменяющемся электр. токе и при тем-ре тающего льда — О °С) длиной 106,300 см, имеющего одинаковое по всей длине сечение и массу 14,4521 г. Точное значение ед. определялось ртутными образцами ома, изготовленными согласно междунар. постановлениям и спецификациям. Ампер — сила неизменяющегося электр. тока, к-рый при прохождении через водный раствор азотнокислого серебра отлагает 0,00111800 г серебра в секунду. Точная величина ампера опред. по серебряному вольтметру, согласно междунар. постановлениям и спецификациям. Вольт — эпектр. напряжение или электродвижущая сила, к-рые в проводнике, имеющем сопротивление в один ом, производит ток силой в один ампер. Точное значение вольта устанавливалась посредством нормальных элементов, проверяемых с помощью серебряного вольт-метра и ртутных образцов ома. Ватт — мощность неизменяющегося электр. тока силой в один ампер при напряжении в один вольт, Купон или ампер-секунда — количество электричества, протекающего через поперечное сечение проводника в течение одной секунды при токе силой в один ампер. Ватт-секунда или джоуль — работа, совершаемая электр, током в течение одной секунды при мощности тока в один ватт. Фарада — емкость конденсатора, заряженного до напряжения в один вольт зарядом в один кулон. Гянри опред. двояко 1) Г, — индуктивность электр. цепи, в к-рой при равномерном изменении силы тока на один ампер в секунду индуктируется ЭДС в один вольт 2) Г. — взаимная индуктивность в системе двух электр. цепей, в одной из к-рых индуктируется ЭДС в один вольт при равномерном изменении тока в др. цепи со скоростью одного ампера в секунду.  [c.292]

Сантиметр [см ст 1) единица длины в СГС, СГСЭ, СГСМ и т. п. относится к числу основных ед. систем размерн. обознач. символом L. Сантиметр равен 0,01 метра. С. рекоменд. ГОСТ 8.417—81 (СТ СЭВ 1052—78) к применению в качестве дольной ед. СИ. См. метр и п. 1 табл. 15 2) ед. коэфф. трения качения в СГС (см. метр), 3) ед. емкости в СГС, СГСЭ (см. фарад), индуктивности и магн. проводимости в СГС, СГСМ (см. генри).  [c.318]

---

Как измеряется электроэнергия

Вы когда-нибудь спрашивали себя, в чем измеряется энергия? Основной способ измерения потребления электроэнергии – это единица измерения «ватт-час».

Освещение и обычные бытовые приборы, такие как кондиционеры, компьютеры и тостеры, являются изделиями, для работы которых требуется электричество.

Ватт (Вт) – это мера этой электрической мощности, и каждый из этих бытовых товаров должен иметь маркировку в ваттах, отражающую их использование.Наиболее распространенные бытовые приборы, принадлежащие потребителям, имеют значок соответствия, который используется для обозначения количества электроэнергии, необходимой конкретному продукту для правильной работы.

Для сравнения: электрическая лампочка может иметь мощность 40 Вт, средний тостер – 600 Вт, а кондиционер – мощность 4000 Вт. Умножение ватта – или единицы необходимой энергии – на продолжительность его использования, дает общее количество потребляемой электроэнергии.

Стандартным показателем потребления электроэнергии является количество ватт, израсходованных за один час, которое также известно как ватт-час. Это означает, что если лампочка на 40 ватт включена на один час, она будет использовать 40 ватт-часов электроэнергии.

Когда люди получают счет за электроэнергию, в нем регистрируется количество киловатт-часов (кВтч), потребленных домохозяйством в течение этого периода. Киловатт-час равен 1000 ватт-часам, что означает, что использование кондиционера мощностью 4000 Вт в течение одного часа потребляет 4 кВтч электроэнергии.

Это общее потребление используется для расчета стоимости счета за электроэнергию, который доставляется потребителям ежеквартально или каждые три месяца.

---

Как измеряется электроэнергия

Киловатт-час (кВтч) – это количество электроэнергии, произведенной или потребленной за один час.

В Австралии типичное ежедневное потребление энергии в обычном домашнем хозяйстве составляет около 17 000 ватт-часов. Чтобы рассчитать это от ватт до кВтч, это будет примерно 17 киловатт-часов.

Ватт (Вт)

= 1 Вт

40 Вт
Лампочка мощностью 40 Вт потребляет 40 Вт электроэнергии.

Киловатт (кВт)

= 1000 Вт

2 кВт
Типичная солнечная панель, используемая в доме в Австралии, может производить до 2 кВт электроэнергии.

Мегаватт (МВт)

= 1 миллион ватт

30 МВт
Ветряная электростанция Cullerin Range к северу от Канберры, недавно проданная Origin Energy, способна производить 30 МВт электроэнергии.

ГВт (ГВт)

= 1000 миллионов ватт

3 ГВт
Origin’s Eraring Power Station – крупнейшая электростанция Австралии, ее общая мощность составляет около 3 ГВт,

---

Чтобы сравнить потребление энергии в вашем доме с другими аналогичными домашними хозяйствами в вашем районе, посетите Energy Made Easy.

Список литературы

1. http://www.aer.gov.au/system/files/ Руководство по контрольным показателям потребления электроэнергии в счетах бытовых потребителей – декабрь 2014_0.PDF

Как измеряются мощность и энергия?

Энергия против мощности

Если вы не поставщик коммунальных услуг или физик, вам, вероятно, не приходилось спрашивать себя, в чем разница между энергией и мощностью? Хотя различия могут показаться незначительными, их знание поможет вам лучше понять свой счет за электроэнергию. Давайте пройдемся по определениям энергии и мощности, чтобы лучше понять, о чем мы говорим.

Что такое энергия?

Энергия – это способность выполнять работу или, другими словами, создавать изменения с помощью физических или химических процессов и ресурсов.Когда дело доходит до энергии в вашем доме, проделанная работа приводит к питанию ваших электрических устройств (например, лампочек, телевизора) и тепла от ваших газовых приборов (например, печи, водонагревателя).

Существует множество различных типов энергии, включая химическую, тепловую, ядерную, электрическую и гравитационную, которые делятся на две основные категории энергии: потенциальную и кинетическую. Типы энергии, протекающей через ваш дом, в основном химическая, тепловая и электрическая.Химическая и тепловая энергия являются потенциальной и кинетической соответственно, а электрическая энергия – это понемногу и того, и другого. Давайте подробнее рассмотрим эти разные типы энергии.

Потенциальная и кинетическая энергия

Есть два основных типа энергии: потенциальная и кинетическая .

Потенциальная энергия – это запасенная энергия. Это возможность чего-то работать или создавать изменения. Химическая энергия , энергия, удерживающая молекулярные связи вместе, является примером потенциальной энергии.Когда связи разрываются, эта химическая энергия высвобождается.

Кинетическая энергия – это движение. Это может быть что угодно, от движения атомов и волн до движущегося автомобиля или тела. Тепловая энергия , которая создает тепло за счет быстрого движения частиц воздуха, является примером кинетической энергии.

Энергия может преобразовываться из одного типа в другой, и природный газ является прекрасным примером. При добыче природный газ полон химической энергии. Химическая энергия удерживает вместе молекулярные связи в метане, этане и других типах соединений природного газа, из которых состоит природный газ, который вы получаете дома.

Когда источник тепла – скажем, запальное пламя в вашей домашней печи – нагревает газ, он разрывает эти молекулярные связи. Когда связи разрываются, химическая энергия преобразуется в тепловую энергию , которая течет по всему дому, чтобы поддерживать в нем тепло и уют.

Электроэнергетика

Когда дело доходит до электричества, которое вы используете в своем доме, в игру вступает электрическая энергия . Электрическая энергия может быть потенциальной или кинетической в зависимости от ее состояния.Электрическая потенциальная энергия накапливается, когда атомы в ваших электрических проводах накапливают заряд. Как только вы активируете электрический прибор или, например, включаете свет, эта потенциальная электрическая энергия преобразуется в кинетическую, когда заряженные атомы перемещаются по электрическому проводу. Помните, кинетическая энергия – это движение!

Что такое мощность?

Вместо того, чтобы быть полностью отделенным от энергии существом, сила фактически зависит от энергии. По своей сути, мощность – это поток энергии во времени ; когда мы измеряем мощность, мы измеряем скорость, с которой прибор потребляет энергию. Если энергия – это то, сколько работы выполняется, то сила – это то, как быстро эта работа выполняется. Поскольку при этом учитывается скорость, мощность измеряется в таких единицах, как ватты (джоули в секунду), которые включают время в качестве фактора.

Что касается вашего счета за коммунальные услуги, вы, вероятно, увидите мощность, описывающую использование вами электроэнергии, а не использование природного газа. Что касается электричества, мощность связана с напряжением или давлением, которое заставляет электроны двигаться и создавать устойчивый заряд. Электроэнергия – это напряжение, умноженное на объем движущейся электроники, известное как ток.Чем выше напряжение, тем больше у вас электроэнергии.

В чем измеряется энергия?

Итак, мы знаем, что энергия отражает работу – как потенциальную, так и физическую. Но в какой единице измеряется энергия, которая может учесть оба этих аспекта? Джоулей измерить энергию. У нас есть целое руководство, которое поможет вам лучше понять, что такое джоуль, но мы быстро разберем его здесь.

Основной единицей измерения электроэнергии является мощность, которая представляет собой норму потребления энергии.Если ватт (мощность) составляет один джоуль в секунду, то джоуль электрической энергии равен одному ватт-секунду. В следующем разделе мы более подробно рассмотрим, в чем измеряется мощность.

Что касается природного газа, вы можете использовать джоули для измерения количества тепловой энергии, необходимой вашей духовке для выпечки торта или печи для обогрева вашего дома. Но для приборов, работающих на природном газе, вы, скорее всего, увидите рейтинг BTU (британская тепловая единица), а не рейтинг в джоулях. Для простоты преобразования одна БТЕ равна 1055 джоулей.Если ваша печь имеет рейтинг БТЕ 100 000 БТЕ / час, она потребляет 105 500 000 джоулей энергии в час.

Джоуль энергии относительно невелик, поэтому ваш поставщик коммунальных услуг, вероятно, измеряет потребление природного газа в гигаджоулях (ГДж). Один ГДж равен одному миллиарду джоулей; для контекста, требуется около 100 гигаджоулей, чтобы отапливать новый дом среднего размера в Канаде в течение одного года.

В чем измеряется мощность?

Поскольку мощность зависит от энергии, в основе этого измерения также лежат единицы измерения энергии, в частности, джоуль.

Мощность измеряется Вт ; ватт равен один джоуль в секунду . Что это значит в реальном мире? Возвращаясь к нашему примеру включения света, ватты измеряют количество энергии, которое ваша лампочка использует за каждую секунду включения света. Итак, если у вас есть лампочка мощностью 60 Вт, она потребляет 10 джоулей энергии на каждую секунду включения.

Один ватт – очень маленькая единица мощности. Поэтому для измерения энергопотребления более крупных машин и приборов (например, вашей электрической плиты или всей системы домашнего освещения) мощность обычно измеряется в киловаттах (кВт) – 1000 ватт.

Когда ваш поставщик электроэнергии измеряет ваше потребление электроэнергии, ему необходимо знать количество киловатт, потребленных за определенный период. Вот где появляется киловатт-час (кВтч) , и это, вероятно, то, что вы уже видели в счетах за электроэнергию. Отличить кВт от кВтч просто: киловатт – это единица мощности, а киловатт-часы – это энергия, потребляемая этой выходной мощностью.

Счет за электроэнергию

Когда дело доходит до понимания вашего счета за электроэнергию, вам просто нужно умножить ежемесячное потребление электроэнергии и природного газа на ставку, взимаемую вашим поставщиком коммунальных услуг.Энергетические компании обычно взимают плату за электроэнергию из расчета за киловатт-час, а за природный газ – из расчета за ГДж.

Допустим, у вас есть беговая дорожка на 600 ватт, которую вы используете два часа в день. Чтобы узнать, сколько вы платите за упражнения на беговой дорожке каждый месяц, начните с:

1. Преобразование ватт в киловатты (кВт).

   600 Вт 1000 Вт = 0,6 кВт

2. Умножение киловатт на ежедневное потребление

   0. 6 кВт X 2 часа = 1,2 кВт · ч

3. Умножение ежедневного использования на 30 дней (один месяц)

   1,2 кВтч X 30 дней = 36 кВтч / месяц

Наконец, умножьте свое ежемесячное потребление на регулируемый тариф на электроэнергию. Если, например, ваш поставщик электроэнергии взимает 0,08 доллара за киловатт-час, вы должны платить за электроэнергию на беговой дорожке в месяц 2,88 доллара (0,08 доллара х 36 кВт-ч в месяц).

Для расчета затрат на природный газ давайте возьмем печь на 100 000 БТЕ / час и предположим, что вы используете ее в течение 150 часов в месяц.Во-первых, нам нужно выяснить, сколько ГДж энергии вы используете для отопления дома:

1. Умножьте рейтинг в БТЕ на часы использования.

   100000 БТЕ / час X 150 часов = 15000000 БТЕ

2. Перевести БТЕ в джоули.

   15 000 000 БТЕ X 1055 джоулей / БТЕ = 15 825 000 000 джоулей

3. Перевести джоули в гигаджоули.

   15 825 000 000 джоулей 1 миллиард джоулей = 15.825 ГДж

Последний шаг к определению стоимости отопления дома – умножение ГДж на регулируемую норму природного газа. В этом примере мы скажем, что это 2,25 доллара за ГДж, что означает, что вы должны заплатить за электроэнергию около 35,60 доллара за месяц.

Дополнительные элементы в вашем счете за электроэнергию

Теперь, когда вы знаете единицы измерения, отражающие мощность и энергопотребление вашего домохозяйства, ваш ежемесячный счет за электроэнергию должен показаться немного более простым. Но также может быть несколько дополнительных позиций, требующих определения:

• Передача или поставка Стоимость отражает стоимость перемещения электроэнергии или природного газа от источника через систему передачи, провода для электричества и трубопроводов для природного газа, включая содержание линий электропередач, опор и трубопроводов.
• Распределение Расходы учитывают процесс доставки электричества и природного газа в ваш дом или на предприятие от системы передачи, включая содержание линий электропередачи, опросы электроэнергии и распределительные трубопроводы.
• Наездники – это корректировки, необходимые для передающей или распределительной коммунальной службы, проверенные и утвержденные Комиссией по коммунальным предприятиям Альберты.
• Федеральный налог на выбросы углерода – это сбор, установленный федеральным правительством за выбросы парниковых газов, связанные с потреблением природного газа.
• Административные сборы покрывают расходы на обслуживание клиентов, когда мы вам нужны, а также расходы на расчет и доставку вашего счета.

Как ваш провайдер регулируемой электроэнергии провинции Альберта, мы всегда готовы помочь вам понять ваше энергопотребление и потребление энергии, а также помочь демистифицировать ваш счет за коммунальные услуги. Для получения дополнительной информации об услугах Alberta Energy, позвоните нам по телефону 1-866-420-3174.

Измерение электрической энергии | Electrical4U

Электрическая энергия – это произведение электрической мощности и времени, которое измеряется в джоулях.Он определяется как «1 джоуль энергии равен 1 ватту мощности, потребляемой за 1 секунду».
, то есть
Энергия и мощность тесно связаны. Электрическую энергию можно измерить, только если известна электрическая мощность. Итак, во-первых, мы понимаем электрическую мощность. Электрическая мощность – это количество электрического тока, которое возникает в результате определенного количества напряжения, или мы можем сказать, что мощность – это скорость, с которой доставляется энергия. Измеряется в ваттах. Математически это записывается как

Измерение электрической энергии полностью зависит от мощности, которая измеряется в ваттах, киловаттах, мегаваттах, гигаваттах, и времени, которое измеряется в часе. Джоуль – наименьшая единица энергии. Но для более крупных расчетов требуется более совершенный блок. Итак, единица измерения электроэнергии – ватт-час.
Вт – это основная единица измерения мощности, в которой измеряется электрическая мощность, или, можно сказать, скорость, с которой электрический ток используется в определенный момент.

Единицы электрической энергии

• Ватт-час – это стандарт, используемый для измерения энергии, описывающий количество ватт, используемых с течением времени. Он показывает, насколько быстро потребляется мощность за определенный период времени.

• Киловатт-час – это просто большая единица энергии, когда большие приборы потребляют мощность в киловаттах. Его можно описать как один киловатт-час – это количество энергии, потребляемое устройством мощностью 1000 ватт при использовании в течение часа, где один киловатт = 1000 ватт

• Мегаватт-час – это единица энергии, которая обычно используется при выходе выработка электроэнергии очень большая. На электростанции термин «мегаватт» используется для обозначения мощности электростанции по выработке электроэнергии.

Решенный пример для отображения расчета
Задача – Потребитель использует педик мощностью 8 кВт, электрический пресс мощностью 5 кВт и четыре лампы мощностью 100 Вт в течение 10 часов. Сколько единиц (кВтч) электроэнергии было использовано.
Решение –

Затраченное время = 10 часов
Следовательно,

Как измеряется электрическая мощность

Ампер, ватт и вольт: руководство по измерению мощности

20 сентября 2020 г. некоторые домашние обновления или интересно, почему ваш счет за электричество заоблачный, важно знать, как измеряется электрическая мощность.Для разных приборов могут быть указаны разные измерения энергии, и понять, что они означают, может быть непросто. В Brennan Electric мы хотим помочь вам, предлагая это руководство по измерению мощности, которое включает в себя общие электрические единицы и советы о том, как электрические компании отслеживают ваше потребление электроэнергии.

Джоуль

Джоуль – это единица энергии. Он был назван в честь Джеймса Прескотта Джоуля. Один джоуль равен 1 килограмму, умноженному на 1 метр в квадрате, умноженному на 1 секунду в квадрате.Он используется для описания работы, выполняемой над одним объектом, когда на него действует сила в направлении движения, в котором он уже двигался в то время. Один джоуль также используется для измерения рассеяния электрического тепла, когда ток в 1 ампер проходит через предмет с сопротивлением 1 Ом в течение 1 секунды. Буква J используется для обозначения джоулей.

Ампер

Ампер, часто сокращаемый до «ампер», был назван в честь Андре-Мари Ампера. Он был французским математиком и физиком, жившим в 1700-х годах.Его считают отцом электродинамики. Ампер – это единица измерения электрического заряда в 1 кулон, проходящего через заданное место в секунду. Буква A используется для обозначения ампер. Кулон – 1,602176634 x 10-19. Эта единица измерения была названа в честь Шарля-Огюстена де Кулона.

Вольт

Вольт – это единица измерения электроэнергии, названная в честь Алессандро Вольта. Он создал первую электрическую батарею и открыл газ метан. Один вольт определяется как разница в электрическом потенциале предмета между двумя точками проводящего провода, когда электрический ток силой в 1 ампер высвобождает 1 ватт мощности в области между этими точками.Буква V используется для обозначения вольт. В качестве альтернативы вольты могут быть выражены в джоулях на кулон или килограммах, умноженных на квадратные метры, разделенные на амперы, умноженные на секунды в кубе. Мощность батарей, линии электропередачи, нервы и молнии – это всего лишь несколько вещей, измеряемых в вольтах. Мультиметр – это обычный бытовой инструмент, используемый для измерения электрического заряда между двумя точками.

Ом

Ом – единица электрического сопротивления. Он назван в честь Георга Симона Ома, немецкого физика.Один Ом определяется как величина электрического сопротивления между двумя точками линейного проводника, когда между этими точками существует постоянная разность потенциалов в 1 вольт. Разница создает в проводнике ток в 1 ампер. Ом – это мера мощности, которую вы видите на динамиках. Греческая буква омега используется для обозначения единицы ом.

Ватт

Ватт – единица передачи энергии. Он определяется как 1 джоуль в секунду. Он назван в честь Джеймса Ватта, который был шотландским предпринимателем.Буква W используется для обозначения ватт. Также существует множество значений, кратных ваттам, например киловатт (1000 ватт) и тераватт (1 триллион ватт). Вы заметите, что многие предметы домашнего обихода измеряются в ваттах. Некоторые примеры включают лампочки и микроволновые печи. Удар молнии имеет мощность 1 тераватт, но длится всего несколько микросекунд.

Децибел-ватт

Децибел-ватт используется для измерения силы электрического сигнала. Это количество децибел на 1 ватт мощности. Это устройство обозначается сокращенно дБВт.Вы можете найти его в микроволновке, радио или оптоволокне.

Ампер-час

Ампер-час – это единица измерения электрического заряда. Это показатель электрического тока за один час. Используемое сокращение – mA * H. Эта единица измерения мощности используется для измерения некоторых батарей, гальванических систем и рентгеновских лучей.

Киловатт-час

Киловатт-час – это количество энергии, потребляемое за один час. Киловатт – это 1000 ватт. Ваш счет за электроэнергию, вероятно, показывает, сколько киловатт-часов электроэнергии было использовано вашим домом в течение платежного цикла.Ваш электросчетчик показывает использованные киловатт-часы энергии. Киловатт-час сокращенно обозначается как кВтч. Электроэнергетические компании обычно устанавливают свои тарифы за киловатт-час. Дом может потреблять от 5 до 50 кВт / ч электроэнергии в день, в зависимости от сезона, размера дома и от того, полностью ли в доме электричество или некоторые приборы работают на природном газе. Например, тепловой насос является крупным потребителем электроэнергии, в то время как газовая печь потребляет лишь небольшое количество электроэнергии для вентилятора и датчиков.

Tesla

Вы, наверное, слышали об автомобилях Tesla и Николе Тесла, ученом и изобретателе.Тесла – это также единица магнитной индукции. Это не та проблема, с которой большинство людей будет сталкиваться часто. Однако вы можете увидеть это на громкоговорителях, магнитах в ваших инструментах или на инструкциях по безопасности для компьютеров, электроника которых может быть повреждена или разрушена сильными магнитами. Вы можете прочитать о силе солнечных пятен или солнечных вспышек с Тесла в качестве единицы измерения. Сокращение для Tesla – T.

Герц

Герц – единица измерения электрической частоты. Это устройство названо в честь Генриха Рудольфа Герца, который доказал существование электромагнитных полей.Герц – это обычная единица, которую вы увидите для описания музыкальных тонов, тактовой частоты, частоты процессора и радиоволн.

Электрические измерения и использование обычных предметов домашнего обихода

Вы, вероятно, знакомы с электрическими измерениями и использованием многих предметов домашнего обихода. Например, вы, вероятно, используете в детекторе дыма 9-вольтовые батарейки. В вашем автомобиле, скорее всего, используется аккумулятор на 12 В. Кабели USB используют 5 вольт постоянного тока.

Как электрические компании измеряют потребление электроэнергии

Электрические компании устанавливают счетчики снаружи жилых и коммерческих зданий.Эти счетчики могут быть механическими или цифровыми. Цифровые счетчики автоматически отправляют информацию об использовании в коммунальную компанию. Некоторые из них включают внутренний блок, который позволяет вам следить за потреблением энергии. Умные счетчики могут даже поставляться с приложением, которое позволяет вам войти в свою учетную запись через телефон и контролировать потребление энергии в вашем доме. Интеллектуальные счетчики отправляют регулярные обновления в коммунальную компанию, чтобы они могли увеличивать или уменьшать мощность по мере необходимости.

Советы по мониторингу использования электроэнергии

Интеллектуальные счетчики позволяют отслеживать потребление энергии всем домом. Некоторые из них позволяют отслеживать потребление электроэнергии отдельным элементом, например тепловым насосом или кондиционером. Есть еще несколько способов отслеживать потребление электроэнергии. Например, если ваша лампа потребляет 40 ватт мощности, а вы работаете пять часов, она потребляет 200 ватт-часов или 0,2 кВт-ч мощности. Умножьте это на тариф вашей электроэнергетической компании за кВтч, чтобы узнать, сколько вам обойдется использование лампы. Energy Star предлагает информацию о потреблении электроэнергии различными приборами.Производители также предоставляют эту информацию.

В Brennan Electric наши электрики предлагают надежные услуги по техническому обслуживанию, осмотру, ремонту, замене и установке. Вы также можете обратиться к нам по вопросам защиты от перенапряжения, генераторов, проводных датчиков угарного газа и дыма, а также установки освещения. Чтобы узнать больше о том, как измеряется электрическая мощность или запланировать какие-либо из наших электрических услуг в Сиэтле или Линвуде, позвоните нам в Brennan Electric сегодня.

Что такое анализ мощности и измерения мощности

Автор Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

В этой статье мы рассмотрим, что такое анализ мощности и какие инструменты используются для его выполнения.В этой статье вы:

• См. , что такое электрическая мощность на самом деле
• Узнайте , зачем нам нужен анализ мощности и как он рассчитывается
• Разберитесь с , как выполняется анализ мощности и что такое анализатор мощности.

Готовы начать? Пойдем!

Что такое анализ мощности?

Мощность – это частота выполнения работы, то есть количество энергии, потребляемой в единицу времени.Мощность электрической системы – это умножение напряжения на ток, интегрированное и затем разделенное на периодическое время. Периодическое время (равное частоте) должно быть известно, чтобы рассчитать мощность электрической системы. «Анализ мощности» – это просто метод проверки и изучения мощности, обычно с использованием анализатора мощности.

Что такое анализатор мощности?

Анализатор мощности – это прибор, который измеряет и количественно определяет скорость потока мощности в электрических системах.Поток мощности выражается в Джоулях в секунду (Дж / с) или киловатт-часах (кВт / ч). Электрическая мощность – это скорость передачи электрической энергии в электрической системе между двумя точками в единицу времени.

Анализатор мощности SIRIUS XHS с 4-мя высоковольтными и 3-мя низковольтными усилителями для подключения датчика тока

Что такое электрическая мощность

Вы можете посмотреть на электрическую цепь, но вы не можете увидеть, присутствует ли напряжение или течет ли ток.Вы не должны протягивать руку, чтобы узнать, потому что это чрезвычайно опасно и, возможно, даже смертельно. Поэтому мы должны использовать правильный инструмент для измерения электричества.

Итак, как мы можем визуализировать электричество, движущееся по цепи? Что ж, мы можем видеть движение воды, поэтому давайте воспользуемся этим в качестве аналогии, чтобы объяснить, как работают электрические цепи. Хорошо известно, что если вода должна вытекать из трубы, вода должна иметь силу или «давление», толкающее ее, будь то сила тяжести или механический насос.

Электрическая схема в сравнении с водяным насосом

По нашей аналогии:

• Напряжение – это давление, при котором вода движется по трубе. Чем выше давление, тем быстрее будет течь вода. Измеряется в вольтах (В).
• Сила тока – это доступный объем воды, в который может втекать вода. Чем больше объем, тем больше воды может течь. Это измеряется в амперах (A).
• Сопротивление – это уменьшение объема внутри трубы, ограничивающее поток воды.Измеряется в омах (R или Ω).

Если ток движется только в одном направлении, это очень похоже на воду, текущую по трубе или шлангу. По нашей аналогии это DC (постоянный ток). Однако, если ток движется вперед и назад, то он аналогичен переменному току (переменному току).

Электропитание переменного тока – это то, что мы используем для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, например, от электростанции до наших домов и предприятий.

Питание постоянного тока используется для современной электроники, а также для аккумуляторов.

Офисный компьютер, на котором вы, возможно, читаете это, например, подключается к источнику переменного тока, но внутри него есть типовой трансформатор, известный как импульсный источник питания (SMPS), который преобразует переменный ток в постоянный ток и преобразует постоянное напряжение в желаемый уровень. Если вы используете ноутбук, SMPS, скорее всего, находится во внешнем «кирпичике», который соединяет розетку переменного тока на стене и систему питания постоянного тока внутри ноутбука. Если вы читаете это на телефоне или планшете, это также устройство постоянного тока, которое использует внешний SMPS для зарядки своей внутренней батареи.

Количественная оценка электроэнергии

В физике электроэнергия – это скорость выполнения работы. Это эквивалентно количеству энергии, потребляемой в единицу времени. Единица измерения мощности – джоуль в секунду (Дж / с), также известный как ватт (Вт).

Что такое электрическая мощность

Электрическая мощность – это скорость передачи электрической энергии в электрической системе между двумя точками в единицу времени. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена.Его можно просто преобразовать из одного типа энергии в другой или передать .

Поскольку не существует идеальной электрической системы, всегда будут некоторые потери при передаче энергии. Самая распространенная форма потерь в электрической системе – это тепло. Если цепь физически нагрета, это означает, что часть энергии, которую она переносит, преобразуется в тепло и, следовательно, не может использоваться для выполнения полезной работы.

Это снижает эффективность всей электрической системы.Неслучайно механические системы также выделяют тепло – не кладите руку на зажженную лампу накаливания, иначе вы напрямую испытаете преобразование энергии в тепло. Электроэнергия – это просто расширение фундаментальной физики мощности в целом.

Условно электрическая мощность выражается в киловаттах (кВт) .

Как рассчитать электрическую мощность?

Количество мощности в цепи рассчитывается путем умножения Напряжение (В) на Ток (А) , что дает Вт (Вт) , используя следующее уравнение:

\ [P (t) = I (t) \ cdot V (t) \]

Это основное уравнение можно преобразовать с помощью закона Ома, который гласит, что ток, протекающий через линейное сопротивление, прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению электрической цепи при постоянной температуре.T u (t) \ cdot i (t) \; dt \]

Где:

• P – мощность в ваттах (Вт)
• i – ток в амперах (А)
• u – напряжение в вольтах (В)
• T – периодическое время в секундах (с)

Изобразим это уравнение на графике:

Уравнение для расчета мощности, отображаемое на декартовой плоскости, показывающее напряжение и ток, а также полученную кривую мощности после интегрирования.

Глядя на кривизну форм сигналов в визуализации, мы можем видеть, что мощность в системе переменного тока – это не просто напряжение, умноженное на ток, как в системе постоянного тока. Он определяется средним по времени мгновенной мощностью за один цикл. Это означает, что мы должны знать частоту, чтобы рассчитать мощность электрической системы.

Общие сведения об измерении мощности

В основном, в электрических системах переменного тока (AC) есть три типа мощности, которые необходимо измерить.Это:

1. Активная мощность (P)
2. Реактивная мощность (Q)
3. Полная мощность (S)

Чтобы проиллюстрировать взаимосвязь между ними, мы можем использовать удобный инструмент, известный как треугольник власти, основанный на теореме Пифагора:

Треугольник мощности, иллюстрирующий соотношение между активной, реактивной и полной мощностью, включая угол фи и коэффициент мощности, также известный как косинус фи (косинус фи)

Давайте подробнее рассмотрим эти термины и то, что они на самом деле означают:

Что такое активная мощность (P)

Активная мощность (P), также известная как «активная мощность» или «активная мощность», – это полезная мощность, которая используется в цепи переменного тока.

Что такое реактивная мощность (Q)

Реактивная мощность (Q) не используется, но передается между источником, таким как электростанция, и нагрузкой, в основном она используется для передачи активной мощности через электрическую систему.

Какая полная мощность (S)

Полная мощность (S) – это векторная сумма активной и реактивной мощности в системе переменного тока.

Какой коэффициент мощности (PF)

Коэффициент мощности (PF) – это соотношение между активной и полной мощностью, которое может принимать значения от 1 до -1.

Коэффициент мощности – это показатель количества активной мощности, присутствующей в линии передачи, по сравнению с полной мощностью, которая объединяет активную и реактивную мощность. Другими словами, это коэффициент, на который полезная мощность в линии передачи меньше теоретически возможной максимальной мощности. Уменьшение теоретически идеального коэффициента мощности вызвано не совпадением по фазе напряжения и тока.

Коэффициент мощности часто обозначается как «cos phi», «cosine phi» или «cos».”

Реактивная мощность может быть положительной или отрицательной, на что указывает положительный или отрицательный знак угла фи (𝜑). Это говорит нам, опережает ли ток напряжение, или он отстает от напряжения в линии передачи.

Когда значение реактивной мощности составляет положительных значений , оно отстает, указывая на индуктивную нагрузку, потребляющую реактивную мощность.

Когда значение реактивной мощности равно отрицательному значению , оно является опережающим, что указывает на емкостную нагрузку, которая передает реактивную мощность.

Чисто омические нагрузки, как и традиционные лампы накаливания, имеют коэффициент мощности, очень близкий к 1. Это означает, что напряжение и ток синфазны, поэтому в линии передачи присутствует очень небольшая реактивная мощность.

При положительных коэффициентах мощности, чем ближе они к нулю, тем больше разность фаз между напряжением и током и тем больше реактивной мощности присутствует в линии передачи. Это похоже на отрицательный коэффициент мощности, только в противоположном направлении: при PF = -1 разность фаз между напряжением и током составляет 180 °.

Мощность против энергии – в чем разница?

Термины «электрическая энергия» и «электроэнергия» не взаимозаменяемы, потому что это не одно и то же. Используя приведенную ранее аналогию с водой, легко проиллюстрировать эту разницу:

Мощность означает емкость , а энергия составляет доставку за время .

Мощность – это, по сути, скорость потока воды в шланге, основанная на ее давлении и объеме.Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и мегаваттах (МВт).

Энергия – это количество воды, которое проходит через шланг за период времени. Поэтому счет за электроэнергию будет указан в киловаттах – часов (кВтч).

Почему мы измеряем мощность?

По словам всемирно известного консультанта по вопросам управления Питера Друкера: « Если вы не можете измерить это, вы не можете управлять им» .

Измерение напряжения и тока – это только начальный шаг к анализу электрической системы, и его легко можно сделать с помощью любого анализатора мощности или измерителя мощности, представленных на рынке.

Но для того, чтобы что-то успешно управлять, нужно как можно больше информации. Именно для этого и предназначен анализатор мощности. Анализаторы мощности позволяют пользователю выполнять комплексный анализ любой электрической системы с помощью всего лишь нескольких операций.

По мере того, как электричество и мощность становятся все более и более важными, критически важно, чтобы их можно было измерять и регулировать в соответствии с самыми высокими стандартами, чтобы обеспечить бесперебойное снабжение и чтобы оборудование, которое работает с ними, было надежным, безопасным и эффективным.Анализаторы мощности имеют решающее значение для проведения точных и всеобъемлющих измерений, от самого производства энергии до фазы передачи, которая доставляет ее в наши дома и на предприятия.

Измерение мощности с максимально возможным уровнем точности важно по разным причинам:

• На исследования и разработки для повышения качества продукции и услуг
• Для повышения энергоэффективности
• Снижение затрат и времени
• Соответствие национальным и международным стандартам
• Обеспечение безопасности продукции и операторов

Для чего нужны анализаторы мощности?

Анализаторы мощности

проводят широкий спектр испытаний и измерений электрических компонентов, цепей и систем.Некоторые из наиболее часто выполняемых анализов включают:

Анализ потока нагрузки используется для определения компонентов энергосистемы, которые включают величину напряжения, величину тока, фазовый угол phi системы, активную мощность, реактивную мощность, полную мощность и коэффициент мощности в установившемся режиме. операция.

Кроме того, для нелинейных нагрузок необходимо измерить и проанализировать реактивную мощность искажения, а также реактивную мощность гармоник. Теоретически напряжение и ток имеют идеальную синусоидальную волну 50 Гц в Европе (и 60 Гц в основном в Северной и Южной Америке).Это так, если к сети подключены только чисто омические линейные нагрузки (например, лампы накаливания, электрические нагреватели, электродвигатели переменного тока и т. Д.).

Треугольник мощности, который был показан ранее, справедлив только для омических нагрузок, но в настоящее время все больше и больше нелинейных нагрузок, а также нелинейных производственных единиц, подключенных к сети. Это ввело новое измерение в треугольник мощности, а именно искажение и реактивную мощность гармоник. Эти явления рассматриваются в отдельной статье «Что такое качество электроэнергии» [* СКОРО].

Давайте посмотрим на новый треугольник власти:

Новый треугольник мощности иллюстрирует взаимосвязь между активной, реактивной и полной мощностью, включая новое измерение искажений и гармонической реактивной мощности

В приведенном ниже примере линейное напряжение подает мощность переменного тока в систему, а переключающий выпрямитель преобразует ее в мощность постоянного тока, необходимую для светодиода. Взгляните на принципиальную схему измерительной установки:

Принципиальная схема испытательной установки для измерения мощности светодиодов с измерениями напряжения и тока переменного и постоянного тока, а также сигналов тока, измеренных с помощью модуля питания от Dewesoft

В настоящее время появляется все больше нелинейных нагрузок (балластные блоки, выпрямители, инверторы, персональные компьютеры и т. Д.)), подключенных к сети, а также единиц нелинейной генерации (ветряная, солнечная и другие формы производства энергии). Следовательно, формы сигналов напряжения и тока искажены и не являются идеальными синусоидальными формами сигналов. Следовательно, гармонический анализ необходим для определения влияния этих нелинейных нагрузок на ток и напряжение в электрической системе.

Анализ короткого замыкания выполняется для получения информации обо всех возможных сценариях работы электрической системы и для определения способности отдельных компонентов системы влиять на силу тока в цепи или выдерживать ее.

Анализ координации используется для поддержки разработки максимальной токовой защиты. Он принимает во внимание характеристики защитного устройства, включая его размеры и настройки, чтобы установить идеальный рабочий диапазон.

Анализаторы мощности Dewesoft

Анализаторы мощности Dewesoft – это не только самые маленькие анализаторы мощности в мире, но и самые мощные. Гибкая аппаратная платформа в сочетании с мощным программным обеспечением дает уникальные возможности тестирования для любых электрических измерений .Анализатор мощности Dewesoft может рассчитывать более 100 параметров мощности , таких как P, Q, S, PF, cos phi и многие другие.

Он также предлагает несколько функций других инструментов:

• Возможности записи сырых данных
• Осциллограф
• Анализ БПФ
• Гармоники
• и т. Д.

Все эти расчеты можно производить в режиме онлайн, в режиме реального времени, при постобработке или и то, и другое.

Анализатор мощности Dewesoft сочетает в себе несколько инструментов и функций в одном устройстве – анализатор мощности, анализатор БПФ, регистратор данных RAW, осциллограф, анализатор гармоник, регистратор температуры, регистратор вибрации и многое другое.

Анализаторы мощности Dewesoft R8 могут быть оснащены до 64 высокоскоростных аналоговых входов ( до 1 Мвыб. / С при 16 битах и ​​полосе пропускания 2 МГц на канал ) для измерения напряжения и тока в одном корпусе.

Анализатор мощности Dewesoft R8DB может быть сконфигурирован с использованием 64 каналов, которые можно выбрать в соответствии с измерительным приложением для универсального измерительного устройства

Входы полностью изолированы как со стороны датчика (канал на землю), так и между каналами, и даже изолированное возбуждение датчика. Настоящая гальваническая развязка означает на меньше шума, , исключение контура заземления и на превосходное качество сигнала .

Высокое напряжение можно напрямую измерить с помощью наших высоковольтных входов с 1600 В постоянного тока / CAT II 1000 В / CAT III 600 В защиты . Ток можно измерять с помощью высокоточных датчиков тока, таких как преобразователи тока с нулевым потоком, токовые клещи переменного / постоянного тока, катушки Роговского и шунты.

Dewesoft предлагает широкий выбор преобразователей тока и датчиков тока для любого диапазона и точности измерения тока

И хотя это в основном анализатор мощности, он также может измерять различные дополнительные типы сигналов, включая акселерометры, тензодатчики, датчики силы и нагрузки, термопары, RTD, счетчики и энкодеры, GPS, CAN BUS, XCP, FlexRay и даже видео. Все каналы синхронизированы между собой.

Типичный экран измерения трехфазного дельта с помощью программного обеспечения для анализа мощности DewesoftX

SIRIUS XHS – анализатор мощности нового поколения

Анализатор мощности SIRIUS XHS – последняя версия линейки продуктов SIRIUS. Это высокоскоростная система сбора данных, способная записывать со скоростью 15 Мвыб / с / канал и полосой пропускания до 5 МГц на всех аналоговых входах.

Показан новый SIRIUS XHS с четырьмя усилителями высокого напряжения и четырьмя усилителями низкого напряжения

Он оснащен совершенно новой технологией HybridADC , которая обеспечивает широкополосную запись переходных процессов и очень высокодинамичный сбор данных без псевдонимов.Фильтрация без псевдонимов позволяет регистрировать сигналы с динамическим диапазоном до 160 дБ. Высокая изоляция между каналами и землей предотвращает повреждение систем из-за чрезмерного напряжения и позволяет избежать контуров заземления.

Новая технология HybridADC в анализаторе мощности SIRIUS XHS

В большинстве энергетических приложений SIRIUS XHS оснащен четырьмя усилителями высокого напряжения (HV) и четырьмя усилителями низкого напряжения (LV):

• SIRIUS XHS HV : Высоковольтный аналоговый вход высокого напряжения CAT II 1000 В .Этот усилитель может напрямую измерять пиковое напряжение в диапазоне от 20 В до 2000 В с полосой пропускания 5 МГц и точностью 0,03%. Этот усилитель идеально подходит для прямого подключения сигналов высокого напряжения. Разъемы этого усилителя всегда представляют собой изолированные безопасные банановые гнезда (красный / черный).
• SIRIUS XHS LV : Сильно изолированный аналоговый вход низкого напряжения . Этот усилитель может измерять диапазоны от 0,05 В до 100 В с полосой пропускания 5 МГц, точностью 0,03% и возбуждением для выбранных датчиков (требуется разъем DSUB9 для возбуждения датчика). Этот усилитель идеально подходит для прямого подключения низковольтных сигналов и датчиков тока. Разъемы этого усилителя доступны в DSUB9 или BNC. Обратите внимание, что разъем DSUB9 также предлагает возбуждение датчика, а также TEDS для настройки интеллектуального датчика.

При использовании разъема DSUB9 усилитель также поддерживает адаптеры интеллектуального интерфейса серии DSI, что позволяет подключать различные типы датчиков к каждому низковольтному каналу. К ним относятся:

• DSI-ACC для акселерометров и микрофонов IEPE
• DSI-CHG для акселерометров зарядного типа
• DSI-RTD для датчиков температуры RTD
• DSI-TH для термопар (J, K, T и т. Д.)
• DSI-LVDT для датчиков перемещения / расстояния LVDT

Когда какая-либо модель DSI подключена к каналу LV, программа сбора данных Dewesoft X автоматически обнаруживает ее (используя стандарт датчика TEDS) и настраивает для нее этот канал, устанавливая соответствующий тип входа, усиление, диапазон и масштабирование. Пользователь может выполнить дополнительные настройки и сохранить их в базе данных бортовых датчиков.

Уровень шума, подавление синфазного сигнала, дрейф усиления и смещения обоих усилителей при более низкой полосе пропускания сопоставимы со стандартной линейкой приборов DualCoreADC SIRIUS.

Эти усилители идеально подходят для измерений электромобильности, где высочайшая точность, такая как анализ мощности, является абсолютной необходимостью.

Анализатор мощности со встроенным анализатором БПФ

Обычные анализаторы мощности используют обнаружение нулевой точки для определения периодического времени. Это означает, что они оценивают, когда напряжение или ток пересекает эту ось x, и используют это значение для вычисления периодического времени.

Dewesoft, с другой стороны, использует специальный алгоритм БПФ (быстрое преобразование Фурье) для определения периодического времени (частоты).

На основе этого заранее определенного периода времени анализ напряжения и тока с помощью БПФ может быть выполнен для определенного количества периодов (обычно 10, если базовая частота системы составляет 50 Гц) и с выбираемой частотой дискретизации. Анализ БПФ дает амплитуду напряжения, тока и cos phi для каждой гармоники.

Модуль питания Dewesoft имеет встроенный анализатор БПФ в дополнение к другим типам визуальных дисплеев.

Многофазные анализаторы мощности

В силовом модуле Dewesoft X есть несколько предопределенных системных конфигураций, доступных на выбор.Самые распространенные из них:

• Постоянный ток,
• 1 фаза
• 2-фазный – используется, например, со специальными типами двигателей
• 3-фазная звезда
• 3-фазный треугольник
Конфигурация
• Aron и V – это в основном конфигурации звезды и треугольника, но для измерения только двух токов вместо трех. Обычно это делается для экономии места или сокращения затрат.

Специальные конфигурации, такие как измерение 6-, 7-, 9- или 12-фазного двигателя, могут выполняться с несколькими однофазными или 3-фазными системами и суммированием значений мощности в библиотеке Math. Это означает, что мощность может быть измерена в нескольких точках полностью синхронно.

В математической библиотеке силовые модули могут быть дополнительно уточнены, например, эффективность может быть рассчитана автоматически. Это также очень полезно при измерении многофазных двигателей (от 6 до 12 фаз).

Силовой модуль Dewesoft можно настроить для одно-, двух- и трехфазных систем. Их можно комбинировать для создания 6, 7, 9 или даже 12-фазных систем

Инженеры могут просто выбрать одну или несколько систем, которые они измеряют, из этого списка:

• 1-фазный
• 2 фазы
• 3-фазная звезда
• 3-фазный треугольник
• 3 фазы Aron
• 3 фазы V
• 3-х фазный 2-х метровый

Кроме того, доступен широкий диапазон других вариантов, включая частоту линии, единицы вывода, источник частоты (канал, который необходимо оценить для определения точной частоты), фазу и многое другое.

Благодаря модульной конструкции измерительных устройств Dewesoft пользователь никогда не ограничивается только измерением значений мощности. Системы Dewesoft DAQ могут подключаться практически к любому датчику в мире , что означает, что инженер может также измерять температуру, силу, вибрацию, звук, GPS, видео, скорость, обороты, крутящий момент и т. Д.

Схема подключения анализатора мощности Dewesoft для проверки инвертора и электродвигателей

Инженеры, выполняющие тестов на электрических или гибридных транспортных средствах , могут также захотеть измерить скорость автомобиля, температуру аккумулятора, данные шины CAN, положение GPS и даже нанести точное местоположение на испытательный трек.

Вместо использования двух, трех или даже более разных измерительных приборов, Dewesoft предлагает одновременную регистрацию всех измерений в одном приборе. Это дает несколько ключевых преимуществ:

• Нет необходимости объединять данные вручную после измерения.
• Данные полностью синхронизированы до одного образца.
• Все данные можно просмотреть на одном экране и записать в один файл данных.
• Настройка и использование только одной системы сбора данных и программного обеспечения позволяет сэкономить время на подготовку к тесту.

Анализатор мощности Dewesoft объяснил вживую на выставке Battery Show Expo

База данных датчиков

повышает точность измерения тока и напряжения

Следует отметить, что каждый усилитель, датчик тока и напряжения имеет некоторую неточность или нелинейность. Однако с помощью анализаторов мощности Dewesoft эти ошибки можно измерить заранее и внести в базу данных датчиков XML. Программное обеспечение Dewesoft X применяет поправочные коэффициенты в режиме реального времени , что приводит к более точным показаниям и результатам.

База данных аналоговых датчиков Dewesoft

Встроенная база данных датчиков также исключает ошибки, вызванные ошибками ручного ввода данных. Выбор датчика из списка вместо того, чтобы вводить параметры вручную, не только экономит время, но и предотвращает типографские ошибки, которые могут привести к неправильному масштабированию или выбору усиления.

Внутри базы данных датчиков масштабирование можно настроить с помощью формул y = mx + b, справочных таблиц, полиномов и даже кривых преобразования.Для большинства датчиков это нужно сделать только один раз. Инженеры могут добавлять, редактировать и удалять датчики, а также обновлять информацию о калибровке в любое время, включая сроки выполнения клиентских лицензий и т. Д.

Единицы измерения базы данных датчиков основаны на семи международных единицах СИ, «определяющих константы»:

• Длина – метр (м)
• Время – секунды
• Количество вещества – моль (моль)
• Электрический ток – Ампер (А)
• Температура – кельвин (К)
• Сила света – кандела (кд)
• Масса – килограмм (кг)

Таким образом, хотя они являются метрическими по своей сути, такими как, например, м / с2, в этом случае пользователь может выбрать G или g. Таким образом, единицы измерения вывода могут быть удобны для всех пользователей во всем мире.

Программное обеспечение

Dewesoft также включает базы данных датчиков для счетчиков / энкодеров / датчиков частоты вращения.

Измерение тока с помощью Dewesoft

Измерение тока обычно делится на две основные группы:

« Direct » – это когда провод необходимо отключить, а датчик подключить последовательно к цепи. Этот метод работает без дополнительных схем.

Наиболее распространенным устройством измерения постоянного тока является шунтирующий резистор, который затем подключается последовательно со схемой.Шунтирующий резистор имеет очень низкое сопротивление, которое очень точно определено производителем. Шунтирующий резистор работает по принципу, согласно которому при прохождении тока через резистор будет очень небольшое падение напряжения, которое мы можем измерить и преобразовать в ток по закону Ома.

Типовое устройство для измерения тока шунта

Мы можем измерить это падение и применить закон Ома для расчета тока.

Графическое представление закона Ома

Кроме того, важным фактором является точность резистора, так как это напрямую влияет на точность самого измерения.

Dewesoft DSIi-10A Токовый шунт

Dewesoft предлагает несколько токовых шунтов компактного размера, каждый из которых имеет внутри свой собственный нагрузочный резистор, предназначенный для измерения различных диапазонов тока. Эти шунты были спроектированы таким образом, чтобы оказывать минимальное влияние на саму цепь.

Адаптеры

DSI можно подключить практически ко всем устройствам сбора данных Dewesoft. Изолированные аналоговые входы усилителей Dewesoft являются решающим фактором в обеспечении точных измерений, поскольку шунт подключается непосредственно к измеряемой цепи, а изоляция между цепью и измерительной системой всегда важна.Изолированные входы означают, что вы можете разместить свой шунт на стороне низкого или высокого уровня цепи и не беспокоиться о контуре заземления или ошибках измерения синфазного сигнала .

Снова принимая во внимание закон Ома и взаимосвязанный характер напряжения, тока и сопротивления, становится абсолютно ясно, что система сбора данных должна иметь возможность выполнять очень точное измерение напряжения и сопротивления, чтобы производить точное измерение тока.

« Indirect » – это когда датчик тока не контактирует напрямую с цепью.Вместо этого он измеряет магнитное поле, которое индуцируется при протекании тока через проводник, а затем преобразует его в показания тока (электрические заряды создают электрические поля).

Преимуществом косвенного измерения тока является гальваническая изоляция датчика от проводника и то, что саму цепь не нужно нарушать или отключать. Он также позволяет измерять очень высокие токи.

Dewesoft поддерживает почти все преобразователи тока, доступные сегодня на рынке.Некоторые преобразователи тока могут получать питание непосредственно от измерительного устройства, а для некоторых преобразователей тока требуется внешний источник питания, поскольку измерительное устройство не может передать необходимую им мощность возбуждения.

У Dewesoft есть решение для этого: SIRIUS PWR-MCTS2 представляет собой блок питания для питания этих преобразователей тока непосредственно от приборов Dewesoft без каких-либо внешних источников питания сторонних производителей. SIRIUS PWR-MCTS2 предлагается в совместимом модульном шасси SIRIUS или SIRIUS XHS или непосредственно в стоечном шасси на базе SIRIUS, таком как система сбора данных R2DB, R3, R4 или R8.

SIRIUS R8 с несколькими измерительными срезами, включая совместимый со стойкой SIRIUS-PWR-MCTS2, а также модульное шасси SIRIUS-PWR-MCTS2 и SIRIUS 4xHV 4XLV

SIRIUS XHS-PWR для тестирования гибридных автомобилей и электромобилей

Еще одна инновация – это новый SIRIUS XHS-PWR, совершенно новый продукт от Dewesoft, разработанный специально для рынка электромобилей. Он оснащен запатентованным преобразователем тока DC-CT, который позволяет проводить очень точные измерения тока даже в самых сложных условиях, таких как очень высокие пики тока, а также тестирование тока утечки.

SIRIUS XHS-PWR со встроенным преобразователем тока DC-CT

Этот новый прибор идеально подходит для измерения электромобильности, где высочайшая точность, такая как анализ мощности, является абсолютной необходимостью. В преобразователе тока используется запатентованная технология DC-CT® , основанная на датчике потока Platiše. Он предлагает диапазоны 100A, 500A и 1000A, упакованные в очень маленькое шасси, полосу пропускания 1 МГц, устойчивость к внешним магнитным полям, низкие смещения и превосходную линейность.

Типичный тест мощности в автомобиле, показывающий дополнительные входы, такие как шина CAN, видеокамера и положение GPS в реальном времени, наложенное на карту

Усилители также могут измерять пиковое напряжение 2000 В (CAT II 1000 В) с полосой пропускания до 5 МГц

SIRIUS XHS-PWR

Этот прибор имеет два входа:

Эти входы подключаются непосредственно к силовой линии автомобиля, обеспечивая максимальное удобство, пропускную способность и точность тестирования электронной мобильности. Он предлагает степень защиты IP65, что позволяет использовать его в суровых условиях и во время жестких поездок.

Таблица сравнения преобразователя тока DC-CT с датчиками тока других типов:

	Тип	Изолированный	Диапазон	Пропускная способность	Линейность	Точность	Темп. дрифт	Расход
DC-CT	постоянного / переменного тока	Есть	Высокая	Высокая	Отлично	Очень высокий	Очень низкий	Средний
Магнитопровод	постоянного / переменного тока	Есть	Высокая	Высокая	Отлично	Отлично	Низкая	Высокая
Холл	постоянного / переменного тока	Есть	Высокая	Средний	Средний	Средний	Высокая	Низкое-Среднее
Шунт	постоянного / переменного тока	№	Средний	Средний	Хорошо	Высокая	Средний	Высокая
Роговский	AC	Есть	Высокая	Высокая	Хорошо	Средний	Низкая	Низкая
КТ	AC	Есть	Высокая	Средний	Средний	Средний	Низкая	Низкая

Совместимые трансформаторы тока

Ниже приведена таблица, в которой дается краткий обзор имеющихся преобразователей тока и характеристик этих преобразователей, а также того, для каких приложений они лучше всего подходят.

Обзор преобразователей тока и областей их применения

Недвижимость								Приложения
Тип	AC	DC	Диапазон	Точность	Пропускная способность	Плюсы	Минусы	Анализатор мощности	Электронная мобильность	Мониторинг сети
Токовые клещи с сердечником	ДА	НЕТ	5 кА	0,5 – 4%	10 кГц	Дешевая	Тяжелый Негибкий Низкая пропускная способность	НЕТ	НЕТ	ДА
Дешевая катушка Роговского	ДА	НЕТ	10 кА	1%	20 кГц	Прочный Гибкий Линейный Без магнитного влияния Выдерживает перегрузку	Нет измерения постоянного тока Ошибки высокого положения	НЕТ	НЕТ	ДА
Катушка Good Rogowsky	ДА	НЕТ	50 кА	0,3%	до 20 МГц	Прочный Гибкий Линейный Без магнитного влияния Выдерживает перегрузку	Нет измерения постоянного тока Ошибки высокого положения	ЧАСТИЧНО	ЧАСТИЧНО	ДА
Токовые клещи постоянного / переменного тока с компенсацией Холла	ДА	ДА	300 А	1,5%	100 кГц	Измерение постоянного и переменного тока Высокая точность Широкая полоса пропускания Зажим может открываться	Низкий диапазон измерения	ДА	ДА	ДА
Токоизмерительные клещи постоянного / переменного тока	ДА	ДА	700 А	0,3%	500 кГц	Измерение постоянного и переменного тока Высокая точность Широкая полоса пропускания Зажим может открываться	Требуется внешний источник питания	ДА	ДА	ДА
Датчик тока нулевого потока	ДА	ДА	2000 А	0,002%	до 300 кГц	Измерение переменного / постоянного тока Высокая точность Высокая полоса пропускания Низкая фазовая ошибка Низкое смещение	Не открывается Требуется внешний источник питания	ДА	ДА	ДА

Dewesoft разрабатывает и производит всемирно известное оборудование для измерения и сбора данных для широкого спектра отраслей и приложений. С начала 2000-х годов основное внимание уделялось анализу мощности и анализу качества электроэнергии.

Тогда мы еще не знали, что автомобили станут электрическими такими быстрыми темпами, как сегодня. И это всего лишь одно приложение, в котором необходимы портативные высокопроизводительные анализаторы мощности и измерительные приборы для анализаторов качества электроэнергии.

Дополнительная информация

Продукты и решения

Статьи и база знаний

Примеры использования и указания по применению

Energy and Power Units: основы

[pagebreak: Energy and Power Units: The Basics]

Если вы изучаете зеленые технологии, особенно возобновляемые источники энергии, вы не можете не столкнуться с такими утверждениями:

• 26-ваттная КЛЛ производит свет, эквивалентный Лампа накаливания мощностью 100 ватт.
• Энергетическая ценность галлона этанола варьируется от 75 700 БТЕ до 84 000 БТЕ.
• Toyota Prius Hybrid Synergy Drive включает в себя 67-сильный электродвигатель.

Но что такое ватты, БТЕ и лошадиные силы? Что они измеряют и как они относятся к возобновляемой энергии? Например, сколько ватт вырабатывает ветряная турбина и сколько домов будет на эту мощность? Сколько БТЕ требуется для обогрева среднего дома и сколько для этого требуется природного газа?

Прежде чем вы сможете ответить на такие вопросы, вы должны овладеть некоторыми основными понятиями и словарным запасом:

• Что такое энергия и мощность и как они соотносятся друг с другом?
• Какие стандартные единицы энергии и мощности используют ученые?
• Какие традиционные единицы измерения используются в промышленности и как они соотносятся со стандартными единицами измерения?
• Как различные блоки применимы к таким приложениям, как освещение, отопление и транспорт?

Этот отчет представляет собой краткий обзор энергии, мощности и единиц, используемых для их измерения.Но не волнуйтесь; это не физика в старших классах снова и снова. Это больше похоже на курс Берлитца по энергетике – достаточно, чтобы вы могли прочитать меню и, возможно, подслушать местных жителей.

Вот список содержания:

– Боб Беллман – внештатный писатель по технологиям и консультант по маркетингу.

[pagebreak: SI: Международная система единиц]

На протяжении веков ученые следовали разными путями, исследуя энергию и мощь. Таким образом, каждый вид энергии – электрическая, механическая, химическая, тепловая и ядерная – приобрел свою собственную систему измерения, и каждая отрасль, связанная с энергетикой, разработала свою собственную терминологию.Автосалоны говорят о лошадиных силах. Подрядчики HVAC устанавливают тонны и БТЕ. Электроэнергетика поставляет киловатт-часы. Ученые относятся к ньютонам и джоулям.

В 1960 году Международная система единиц (СИ) была получена из метрической системы, чтобы обеспечить стандартный словарь для всех физических вещей. СИ построена на семи основных единицах (см. Таблицу 1), из которых могут быть выведены все другие физические величины. В таблице 2 перечислены некоторые стандартные производные единицы. Например, ньютон (производная единица силы) определяется как один килограмм (базовая единица массы), ускоренный со скоростью один метр (базовая единица длины) в секунду (базовая единица времени) в квадрате.В таблице 3 перечислены некоторые стандартные префиксы, используемые для обозначения кратных и дробных единиц. Например, мегаватт (МВт) равен миллиону (10 ⁶ ) ватт; Милливатт (мВт) составляет одну тысячную (10 ^-3 ) ватта.

Отрасли, связанные с энергетикой, начинают использовать терминологию СИ, но традиционные термины по-прежнему доминируют. Многие автомобильные компании теперь указывают мощность двигателя в киловаттах, но в скобках после номинальной мощности: 187 л.с. (140 кВт). Начиная с краткого руководства по энергии, мощности и силе, в следующих нескольких разделах рассматриваются единицы, наиболее часто используемые в приложениях для возобновляемых источников энергии.

Таблица 1: Базовые единицы СИ

Таблица 2: Некоторые производные единицы СИ

Таблица 3: Некоторые множители СИ

[разрыв страницы: Энергия 101: Джоули, Ватты и Ньютоны]

Проще говоря, энергия – это емкость для выполнения работы ( W ) – все, от запуска автомобиля до обогрева дома и освещения комнаты. Многие формы работы предполагают преобразование энергии. Лампочка преобразует электрическую энергию в тепловую и световую. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию в тепловую и механическую.Динамо-машина превращает механическую энергию в тепловую и электрическую.

Решения в области возобновляемых источников энергии используют источники энергии, которые не будут исчерпаны этими преобразованиями, и сокращают потребление энергии, делая преобразования более эффективными. Фотоэлектрические (PV) панели вырабатывают электричество из солнечного света вместо сжигания невозобновляемых ископаемых видов топлива. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания, поскольку они преобразуют больше электричества в свет и меньше – в тепло.

Поскольку энергия и работа – две стороны одной медали, они измеряются в одних и тех же единицах. Единица измерения энергии / работы в системе СИ – джоуль (Дж), названная в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818 – 1889). Джоуль открыл связь между теплотой и механической работой, что привело к развитию законов термодинамики.

Один джоуль равен работе, совершаемой силой в один ньютон, перемещающей объект на один метр (Дж = Н · м). Это примерно то количество энергии, которое требуется, чтобы поднять небольшое яблоко на один метр против силы тяжести Земли.Один джоуль также равен энергии, необходимой для перемещения электрического заряда в один кулон через разность электрических потенциалов в один вольт (J = C · V).

Мощность (P) – это скорость передачи или преобразования энергии. Таким образом, мощность равна работе, разделенной на время (P = Вт / т). Единица мощности в системе СИ – Вт и (Вт) в честь шотландского изобретателя Джеймса Ватта (1736-1819). Усовершенствования Ватта в паровой машине помогли запустить промышленную революцию. По иронии судьбы, сам Ватт ввел термин «лошадиные силы», чтобы охарактеризовать преимущества своего парового двигателя.

Один ватт равен одному джоулю в секунду (Вт = Дж / с). Человек, поднимающийся по лестнице, работает с мощностью около 200 Вт. В электрических приложениях один ватт равен одному вольту, умноженному на один ампер (Вт = В · А). Лампы накаливания используют электрическую энергию мощностью от 40 до 150 Вт.

Force редко упоминается в разговорах о возобновляемых источниках энергии, за исключением ненаучного смысла: «Высокая цена на бензин заставляет меня ходить на работу». Тем не менее сила – важное понятие. Физики выделили четыре фундаментальных силы или взаимодействия: электромагнитная сила действует между электрическими зарядами, гравитационная сила действует между массами, а сильные и слабые силы удерживают вместе атомные ядра. Толчок и притяжение этих сил проявляются как энергия. Например, электромагнитная сила тянет электроны через проводник, создавая электрический ток. Гравитация тянет воду через турбины на гидроэлектростанции.

Силовая единица СИ – ньютон (Н) в честь английского физика сэра Исаака Ньютона (1643 – 1727). Многие считают, что Ньютон как личность оказал наибольшее влияние на историю науки, опередив даже Альберта Эйнштейна. Единица измерения Ньютон – это сила, которая ускоряет массу в один килограмм со скоростью один метр в секунду в квадрате (N = кг · м / с ² ).Сила земного притяжения на человека весом 70 кг (154 фунта) составляет около 686 ньютонов.

[pagebreak: Механическая энергия: фут-фунты и лошадиные силы]

Из всех форм энергии механическую энергию, вероятно, легче всего понять – просто попробуйте поднять тяжелый чемодан. Таким образом, традиционной единицей механической энергии является фут-фунт (фут-фунт), количество работы, необходимое для перемещения объекта весом один фунт на расстояние в один фут. Один фут-фунт равен примерно 1,36 Дж. Метрическая аналогия фут-фунта – ньютон-метр (Н · м).Один ньютон-метр равен одному джоуля.

Вероятно, самая известная единица механической мощности – это лошадиные силы (л.с.), задуманные Джеймсом Ваттом в 1782 году, чтобы выставить свой паровой двигатель среди конкурентов. Ватт определил, что «идеальная» шахтная пони может поднять 33000-фунтовое ведро с углем на один фут за одну минуту, и соответственно определил механическую мощность в лошадиных силах.

Хотя 33000 фут-фунт / мин звучит много, мощность в лошадиных силах – относительно небольшая единица, равная примерно 746 Вт. Тостерная печь потребляет около 1000 Вт (1.3 л. Четырехцилиндровый двигатель седана Honda Accord 2007 года выпуска развивает мощность 166 л.с. 12-цилиндровый двигатель нового Rolls-Royce Phantom выдает 453 л.с.

Greentech-компании решают проблемы механической энергии по нескольким направлениям. Биотопливо, гибридные бензиновые / электрические двигатели, подключаемые гибриды и другие технологии сокращают количество парниковых газов, образующихся при создании механической энергии. Они также помогают отучить автомобили и другую технику от ископаемого топлива.Гибридный двигатель Toyota Prius потребляет меньше бензина, чем обычный двигатель, поскольку его двигатель внутреннего сгорания вырабатывает всего 76 л.с.

Исследование материалов способствует дальнейшему снижению затрат на механическую энергию. Помните, работа равна весу, умноженному на расстояние. До 50 процентов Boeing 787 Dreamliner сделано из легких композитных материалов. Это, наряду с повышенным КПД двигателя, позволяет 787 использовать на 20 процентов меньше топлива, чем другие самолеты аналогичного размера.

[pagebreak: Электрическая энергия: вольты, амперы и киловатты]

Электрическая энергия менее интуитивна, чем механическая энергия, потому что она действует незаметно.Ближайшим аналогом подъема тяжелого чемодана является сила, которую вы чувствуете, когда играете с магнитами.

Электрическая энергия основана на притяжении и отталкивании заряженных частиц, т. Е. На электромагнитной силе. Сила зарядов и расстояние между частицами вместе создают разность электрических потенциалов или напряжение. В электрических приложениях напряжение тянет электроны через проводник, чтобы создать ток, в отличие от силы тяжести, тянущей молекулы воды по трубе.

Стандартная единица электрического заряда – кулон (Кл). Шарль-Огюстен де Кулон (1736–1806) был французским физиком, который обнаружил взаимосвязь между электрическими зарядами, расстоянием и силой. Кулон – это количество заряда, переносимое током в один ампер за одну секунду (C = А · с), и это удивительно большая единица. Сила отталкивания между двумя зарядами +1 кулон, находящимися на расстоянии одного метра друг от друга, составляет 9 x 10 9 Н, или более миллиона тонн! Таким образом, заряд чаще всего измеряется в микро- или нанокулонах.

Стандартная единица электрического потенциала – вольт (В), в честь графа Алессандро Вольта (1745 – 1827), известного разработкой электрических батарей. Вольт эквивалентен одному джоулю энергии на кулон заряда (V = Дж / Кл). Бытовая электрическая сеть в США обычно составляет 110 В, хотя 220 В может использоваться для тяжелой бытовой техники. Обычный аккумулятор фонарика выдает 1,5 В, а мощность молнии – около 100 МВ. Линии дальней связи работают от 110 до 1200 кВ.

Стандартной единицей измерения электрического тока является ампер, (А) или ампер. Французский физик Андре-Мари Ампер (1775–1836) был одним из главных первооткрывателей электромагнетизма. Один ампер равен перемещению одного кулона заряда в секунду (A = C / s). Большинство бытовых цепей потребляют менее 15 А.

Большая часть электроэнергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива. Фотоэлектрические, ветряные турбины и другие технологии предлагают чистые возобновляемые альтернативы, но им предстоит пройти долгий путь, чтобы заменить существующие генерирующие установки.В 2006 году электростанции, работающие на ископаемом топливе, в США произвели 2874 миллиарда кВтч, а атомные станции – 787 миллиардов кВтч. Все вместе взятые возобновляемые источники энергии произвели 385 миллиардов киловатт-часов, что составляет менее 10 процентов от общего производства в США.

Отчасти проблема заключается в масштабе. Крупная установка, работающая на нефти, газе или угле, вырабатывает от 2 до 3 ГВт на полную мощность. Большинство концентрирующих солнечных установок вырабатывают десятки мегаватт, в то время как современная ветряная турбина вырабатывает около 3 МВт. Предлагаемому проекту Кейп-Уинд необходимо 130 турбин, чтобы обеспечить всего три четверти электроэнергии Кейп-Код.Типичная домашняя фотоэлектрическая система, подключенная к электросети, вырабатывает менее 6 кВт.

С другой стороны, доступно множество возобновляемых источников энергии, если мы просто сможем понять, как их использовать. Количество энергии солнечного света, падающего на один квадратный метр поверхности Земли, составляет примерно один кВт в секунду или 3600 кВт в час. Холодильники и тостеры потребляют от 1,0 до 1,5 кВт каждая. Лампы накаливания потребляют от 40 до 150 Вт, а КЛЛ излучают такое же количество света мощностью от 10 до 40 Вт.S. home потребляет около 1000 кВт / ч в месяц, малая часть солнечной энергии, которая попадает на его крышу.

[pagebreak: Тепловая энергия: БТЕ, калории и тонны]

Тепловая энергия – это содержание энергии в системе, связанное с повышением или понижением температуры объекта. Тепло – это поток тепловой энергии между двумя объектами, вызванный разницей в температуре. Возьмите чашку горячего кофе в холодный день, и вы ощутите действие тепловой энергии.

Британская тепловая единица (БТЕ или БТЕ) обычно используется для описания содержания энергии в топливе и мощности систем отопления и охлаждения.Одна БТЕ – это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус по Фаренгейту. Существует несколько различных определений BTU, основанных на начальной температуре воды, но в целом одна BTU равна примерно 1055 Дж, примерно 780 фут-фунтам и примерно 0,3 ватт-часам.

При сгорании химическая энергия топлива преобразуется в тепловую или тепловую. Выход топочного мазута № 2 составляет около 138 000 БТЕ на галлон. Сжигание фунта угля дает около 15 000 БТЕ; сжигание кубического фута природного газа, около 1000 БТЕ.Для обогрева дома площадью 2 000 квадратных футов в Новой Англии требуется примерно 95 000 БТЕ / ч.

Одной из проблем, с которыми сталкиваются сторонники биотоплива, является более низкое энергосодержание этанола по сравнению с бензином. Галлон бензина содержит около 115 000 БТЕ, а галлон этанола – около 80 000 БТЕ. Таким образом, при сжигании этанола образуется меньше механической энергии, чем при сжигании бензина, и автомобили проезжают меньше миль на галлон. С топливом E10 (10 процентов этанола, 90 процентов бензина) сокращение пробега незначительно.С E85 (85 процентов этанола, 15 процентов бензина) водители видят сокращение пробега как минимум на 15 процентов. Некоторые автопроизводители устанавливают топливные баки большего размера, так что ассортимент их автомобилей с гибким топливом аналогичен бензиновым.

К другим единицам тепловой энергии относятся калорийность, терм и квадратик. small или грамм калорий. (cal) – это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия. большой или килограмм калорий (ккал) – это энергия, необходимая для повышения температуры одного килограмма воды на 1 ° C.Как и BTU, калорийность имеет разные значения в зависимости от начальной температуры воды. В среднем одна кал составляет около 4,18 Дж, а одна ккал – около 4,18 кДж или почти 4 БТЕ. Пищевые калории основаны на килограммах калорий.

therm (thm) равен 100 000 БТЕ и приблизительно равен количеству энергии, выделяемой при сжигании 100 кубических футов природного газа.

quad равен квадриллиону (1015) БТЕ и используется при обсуждении энергетического бюджета целых стран.В 1950 году США потребили 34,6 квадрата энергии. К 1970 году общее потребление выросло до 67,8 квадратов; к 1990 г. – 84,7 четверных; а к 2006 г. – 99,9 четверных. Количество возобновляемых источников энергии – гидроэнергии и биомассы – в 1950 году составляло 8,6 процента. К 2006 году потребление возобновляемых источников энергии – гидроэнергии, биомассы, геотермальной, солнечной и ветровой энергии – упало до 6,9 процента от общего объема.

Тепловая мощность измеряется в БТЕ в час (БТЕ / ч), часто сокращенно просто БТЕ. Большинство номинальных значений нагрева и охлаждения в БТЕ – действительно БТЕ / ч.Один ватт равен примерно 3,41 БТЕ / ч. Одна лошадиная сила составляет более 2500 БТЕ / ч.

Мощность охлаждения часто оценивается в тонны . Одна тонна охлаждения – это количество энергии, необходимое для растопления одной тонны льда за 24 часа и равное 12000 БТЕ / ч. Типичная домашняя центральная система кондиционирования воздуха рассчитана на мощность от 4 до 5 тонн (от 48 000 до 60 000 БТЕ / ч). Комнатные кондиционеры работают от 5000 до 15000 БТЕ / ч.

В настоящее время Министерство энергетики США применяет 13-й сезонный стандарт энергоэффективности (SEER) для новых центральных кондиционеров в жилых домах.SEER определяется как общая мощность охлаждения в БТЕ, деленная на общую потребляемую энергию в ватт-часах (SEER = БТЕ / Вт · ч). Повышая стандарт SEER с 10 до 13, Министерство энергетики ожидает, что США сэкономят 4,2 квадрата энергии в период с 2006 по 2030 год с параллельным сокращением выбросов парниковых газов.

[разрыв страницы: Сравнение единиц измерения и коэффициенты преобразования]

Из-за своего разнообразного наследия блоки энергии и мощности сильно различаются по размеру. На Рисунке 1 представлены графики единиц энергии, а на Рисунке 2 – диаграммы единиц мощности.Обратите внимание, что вертикальный масштаб на обоих графиках логарифмический; каждая горизонтальная линия представляет собой десятикратное увеличение по сравнению с линией ниже.

Рисунок 1: Сравнение единиц энергии

Рисунок 2: Сравнение единиц мощности

В таблицах 4 и 5 перечислены коэффициенты преобразования между выбранными единицами энергии и мощности.

Таблица 4: Выбранные единицы измерения энергии и коэффициенты преобразования

Таблица 5: Выбранные единицы мощности и коэффициенты преобразования

Накопленная электрическая энергия – обзор

5.1 Определения и сводка характеристик батареи

Если мы рассматриваем батарею как просто «черный ящик», в котором накапливается электричество, нам необходимо определить различные свойства, чтобы описать ее характеристики.

5.1.1 Определения мощности, эффективности и завышения цены

•

Количество сохраненной электроэнергии измеряется в ватт-часах (Втч) или киловатт-часах (кВтч). Энергоэффективность перезаряжаемой батареи составляет

энергии в час, необходимая для полной перезарядки

, и обычно составляет около 70–80%.

•

Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах (Ач). Эффективность заряда или эффективность Ач составляет

Ач разряженных Ач, необходимых для полной перезарядки

и составляет около 95% для свинцово-кислотных аккумуляторов, несколько ниже для никель-кадмиевых аккумуляторов.

Энергоэффективность батареи ниже, чем эффективность Ач, потому что батареи разряжаются при более низком напряжении, чем они заряжаются. Поскольку эффективность Ач близка к 1, значительно удобнее работать в Ач при балансировке того, сколько заряда требуется для замены определенного количества разряда в расчетах PV (и, конечно, других).Однако, поскольку эффективность Ач для полной перезарядки всегда, по крайней мере, немного меньше 1, в батарею должно быть доставлено несколько больше Ач, чем потребляется в фактическом процессе зарядки. Этот дополнительный заряд или избыточный заряд потребляется другими, нежелательными химическими реакциями внутри аккумулятора. В свинцово-кислотных и никель-кадмиевых батареях это обычно производство газообразного кислорода из воды на положительном электроде, а в открытых батареях – производство газообразного водорода из воды на отрицательном электроде.

5.1.2 Скорость разряда и скорость заряда

Скорость разряда и заряда – это удобные шкалы для сравнения токов, при которых заряжаются батареи, независимо от емкости батареи. Они выражаются в количестве часов, например, 10-часовой, 240-часовой и т. Д. Ток, которому они соответствуют, представляет собой соответствующую общую разрядную емкость, деленную на количество часов:

Скорость = емкость ( Ач) Время (ч)

Например, C / 10 (10-часовой режим) – это ток, равный номинальной мощности в Ач, деленной на 10.

5.1.3 Емкость аккумулятора не фиксирована

К сожалению, емкость аккумулятора не постоянна, и мы должны быть очень осторожны, чтобы понять, как она изменяется.

Номинальная или номинальная емкость батареи (в Ач) определяется как максимальная Ач, которую полностью заряженная батарея может обеспечить при определенных условиях. Эти условия включают в себя

•

напряжение, до которого разряжается аккумулятор (конечное напряжение),

•

ток (или скорость), с которой происходит разряд, и

•

температура АКБ.

В частности, скорость разряда должна быть тщательно указана вместе с любой емкостью, так как, например, батарея с номиналом 100 Ач при 10-часовой скорости будет давать 10-часовую разрядку при 10 А, но обычно меньше. разряда более 1 часа при 100 А и обычно более 100 часов разряда при 1 А. Емкость увеличивается при более низких токах разряда (более длительные скорости разряда) и уменьшается при более высоких токах разряда (более короткие скорости разряда).

При низких температурах снижаются емкости всех аккумуляторов.Если фотоэлектрической системе требуется определенное количество автономной резервной копии в месяц, когда батарея будет испытывать низкую температуру, тогда необходимо сделать поправку на это при указании номинальной емкости батареи.

Конечное напряжение, очевидно, влияет на количество поставляемой мощности. Если аккумулятор разряжен до более низкого напряжения, он, конечно, даст большую емкость.

Эти вариации емкости более подробно проиллюстрированы позже в этой главе, когда будут описаны различные типы батарей, используемых в фотоэлектрических системах.Точное изменение емкости зависит от типа батареи, хотя указанные выше тенденции всегда верны (рис. 5).

5.

1.4 Глубина разряда и состояние заряда

Глубина разряда (DOD) – это доля или процент емкости, которая была удалена из полностью заряженной батареи. И наоборот, состояние заряда (SOC) – это доля или процент емкости, все еще доступной в аккумуляторе. Это похоже на рассмотрение того, является ли ведро (или стакан) наполовину пустым или наполовину полным.

В следующей таблице показана простая взаимосвязь между этими двумя шкалами:

28 259

SOC (%)	DOD (%)
100	0
75
50	50
25	75
0	100

Однако эти состояния заряда / глубины разряда обычно относятся к номинальной емкости (например.г., мощность из расчета 10 часов). Для более низких разрядных токов вы можете увидеть ссылки на DOD более 100%. Это просто означает, что аккумулятор может производить более 100% своей номинальной емкости при скорости разряда ниже номинальной.

5.1.5 Скорость саморазряда

Саморазряд – это потеря заряда батареи, если оставить ее в разомкнутой цепи в течение значительного времени. Например, у первичной батареи, которая несколько лет стояла на полке магазина, не будет оставшейся полной емкости (если таковая имеется).Для аккумуляторных батарей скорость саморазряда обычно указывается в процентах от потери емкости за месяц при запуске с полностью заряженной батареей, но она должна указываться вместе с температурой батареи. Во многих случаях она удваивается на каждые 10 ° C повышения температуры батареи. В большинстве расчетов для фотоэлектрических батарей скорость саморазряда предпочтительных типов батарей низкая (от 1% до 4% в месяц при 20-25 ° C), а саморазряд требует так мало дополнительной зарядки по сравнению с нагрузкой (или даже управляющая электроника), что им можно пренебречь.

5.1.6 Срок службы батареи

Цикл цикла описывает повторяющийся процесс разрядки и подзарядки, который аккумулятор претерпевает в процессе эксплуатации. Один цикл равен одной разрядке, за которой следует одна подзарядка. Срок службы – это мера того, сколько циклов батарея может обеспечить за свой срок службы. Обычно это количество циклов разряда до определенного DOD, которое батарея может доставить до того, как ее доступная емкость снизится до определенной доли (обычно 80%) от начальной емкости.

Срок службы во многом зависит от глубины каждого цикла, и это более подробно описано в разделе, посвященном срокам службы батарей.Однако здесь можно упомянуть, что если срок службы цикла экспериментально измеряется при высокой глубине разряда, при более низкой глубине разряда произведение (количество циклов × глубина разряда) приблизительно постоянно; то есть «оборот мощности» примерно такой же для более низких DOD.

Следует проявлять осторожность при анализе срока службы, публикуемом производителями батарей. Обычно он измеряется при относительно высоких токах (короткое время разряда), и приведенное значение DOD часто относится к емкости, доступной при таком коротком времени разряда. В качестве конкретного примера один производитель указывает срок службы своего продукта в 400 циклов с 50% -ной глубиной разряда. Более внимательное изучение деталей показывает, что это было сделано при 5-часовой скорости разряда, и что указанное министерство обороны США относится к емкости при этой скорости. Номинальная емкость этой батареи указана из расчета 20 часов, а емкость за 5 часов составляет 85% от номинальной емкости. Хотя оборот мощности составляет 400 × 50% = 200 для цифр с 5-часовым тарифом, с точки зрения фактического оборота, он составляет всего 400 × 50% × 85% = 170 относительно номинальной (20-часовой) мощности.Это означает, что можно разумно ожидать только 340 циклов при 50% DOD относительно номинальной 20-часовой емкости, а не 400.

При испытаниях на срок службы батареи полностью заряжаются после каждой разрядки. В фотоэлектрических системах подзарядка не такая тщательная. Поэтому в качестве фактора безопасности разумно несколько снизить срок службы при его использовании для оценки срока службы в фотоэлектрических системах. Часто используется цифра 80% от испытанного срока службы цикла. Таким образом, батарея из нашего приведенного выше примера, которая начинала с 400 циклов при «50% DOD» и была сокращена до 340 циклов при «истинной 50% DOD», теперь будет рассчитана на то, чтобы дать только 272 таких цикла в условиях PV.

На заре проектирования фотоэлектрических систем «быстрое решение» для увеличения срока службы батарей, когда в некоторых случаях они оказывались разочаровывающе низкими, заключалось в поиске батареи с увеличенным сроком службы. К сожалению, срок службы – не единственный фактор, определяющий срок службы батарей в фотоэлектрических системах, и в некоторых случаях это изменение фактически привело к еще более короткому сроку службы.

5.1.7 Максимальный срок службы

Батареи, которые используются в резервных («плавающих») приложениях, не заменяются регулярно.Использование жизненного цикла для оценки их срока службы совершенно бесполезно. Вместо этого срок службы подзаряда указывается как определенное количество лет (при данной температуре и напряжении подзарядки) до того, как доступная емкость резервной батареи упадет до 80% от первоначального значения.