Что такое мощность тока в чем она измеряется: Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

Мощность в физике — обозначение, формулы и примеры

Определение мощности

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

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

В электромеханике эта величина имеет еще одно определение.

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

Мощность человека в зависимости от деятельности

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Как обозначается мощность: единицы измерения

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

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

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

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

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

Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

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

Подготовка к ОГЭ по физике онлайн поможет снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Все формулы мощности

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

В механике

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

Основная формула:

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

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

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

A = F × S

Используем эту формулу для вычисления мощности:

N = A / t = F × S / t = F × V

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

В электротехнике

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

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

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

Задача 1

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

Решение:

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

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Когда известно значение работы и времени, найти мощность несложно:

N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

Ответ: мощность человека при поднятии ведра — 20 ватт.

Задача 2

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

Решение:

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

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

I = 100 / 220 = 0,45 А.

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

Вопросы для самопроверки

1. Что характеризует механическая мощность?

2. Какие существуют единицы измерения мощности в физике?

3. Какая из единиц измерения считается устаревшей?

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

5. Как из формулы нахождения мощности получить работу?

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

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

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

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

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

единица измерения электрической величины, формулы для ее определения

Мощность является физическим показателем. Она определяет работу, производимую во временном отрезке и помогающую измерять энергетическое изменение. Благодаря единице измерения мощности тока легко определяется скоростное энергетическое течение энергии в любом пространственном промежутке.

• Расчет и виды
• Определение активного и реактивного показателя
• Величина измерения
• Примеры вычислений

Расчет и виды

Из-за прямой зависимости мощности от напряжения в сети и токовой нагрузки следует, что эта величина может появляться как от взаимодействия большого тока с малым напряжением, так и в результате возникновения значительного напряжения с малым током. Такой принцип применим для превращения в трансформаторах и при передаче электроэнергии на огромные расстояния.

Существует формула для расчета этого показателя. Она имеет вид P = A / t = I * U, где:

• Р является показателем токовой мощности, измеряется в ваттах;
• А — токовая работа на цепном участке, исчисляется джоулями;
• t выступает временным промежутком, на протяжении которого совершалась токовая работа, определяется в секундах;
• U является электронапряжением участка цепи, исчисляется Вольтами;
• I — токовая сила, исчисляется в амперах.

Электрическая мощность может иметь активные и реактивные показатели. В первом случае происходит преобразование мощностной силы в иную энергию. Ее измеряют в ваттах, так как она способствует преобразованию вольта и ампера.

Реактивный показатель мощности способствует возникновению самоиндукционного явления. Такое преобразование частично возвращает энергетические потоки обратно в сеть, из-за чего происходит смещение токовых значений и напряжения с отрицательным воздействием на электросеть.

Определение активного и реактивного показателя

Активная мощностная сила вычисляется путем определения общего значения однофазной цепи в синусоидальном токе за нужный временной промежуток. Формула расчета представлена в виде выражения Р = U * I * cos φ, где:

• U и I выступают в качестве среднеквадратичного токового значения и напряжения;
• cos φ является углом межфазного сдвига между этими двумя величинами.

Благодаря мощностной активности электроэнергия превращается в другие энергетические виды: тепловую и электромагнитную энергии. Любая электросеть с током синусоидального или несинусоидального направления определяет активность цепного участка суммированием мощностей каждого отдельного цепного промежутка. Электромощность трехфазного цепного участка определяется суммой каждой фазной мощности.

Аналогичным показателем активной мощностной силы считается величина мощности прохождения, которая рассчитывается путем разницы между ее падением и отражением.

Реактивный показатель измеряется в вольт-амперах. Он является величиной, применяемой для определения электротехнических нагрузок, создаваемых электромагнитными полями внутри цепи переменного тока. Единица измерения мощности электрического тока вычисляется умножением среднеквадратичного значения напряжения в сети U на переменный ток I и угол фазного синуса между этими величинами. Формула расчета выглядит следующим образом: Q = U * I * sin.

Если токовая нагрузка меньше напряжения, тогда фазное смещение носит положительное значение, если наоборот — отрицательное.

Величина измерения

Основной электротехнической единицей является мощность. Для того чтобы определить, в чем измеряется мощность электрического тока, нужно изучить основные характеристики этой величины. По законам физики ее измеряют в ваттах. В условиях производства и в быту величина переводится в киловатты. Вычисления крупных мощностных масштабов требуют перевода в мегаватты. Такой подход практикуется на электростанциях для получения электрической энергии. Работа исчисляется в джоулях. Величина определяется следующими соотношениями:

• 1 Джоуль равен 1 Ватту, умноженному на 1 секунду;
• 1 кДж = 1000 Дж;
• 1Мдж = 1000000 Дж;
• 1 ватт/час = 1 киловатт/час;
• 1 кВт * ч = 1000 Вт * 3600 с = 3600000 Дж.

Потребительская мощностная сила обозначается на самом электроприборе или в паспорте к нему. Определив этот параметр, можно получить значения таких показателей, как напряжение и электрический ток. Используемые показатели указывают, в чем измеряется электрическая мощность, они могут выступать в виде ваттметров и варметров. Реактивная сила показателя мощности определяется фазометром, вольтметром и амперметром. Государственным эталоном того, в чем измеряется мощность тока, считается частотный диапазон от 40 до 2500 Гц.

Примеры вычислений

Для расчета тока чайника при электромощности 2 КВт используется формула I = P / U = (2 * 1000) / 220 = 9 А. Для запитывания прибора в электросеть не используется длина разъема в 6 А. Приведенный пример применим только тогда, когда полностью совпадает фазное и токовое напряжение. По такой формуле рассчитывается показатель всех бытовых приборов.

Если цепь является индуктивной или имеет большую емкость, то рассчитывать мощностную единицу тока необходимо, используя другие подходы. К примеру, мощность в двигателе с переменным током определяется с помощью формулы Р = I * U * cos.

При подключении прибора к трехфазной сети, где напряжение будет составлять 380 В, для определения показателя суммируются мощности каждой фазы в отдельности.

В качестве примера можно рассмотреть котел из трех фаз мощностной вместимостью 3 кВт, каждая из которых потребляет 1 кВт. Ток на фазе рассчитывается по формуле I = P / U * cos φ = (1 * 1000) / 220 = 4,5 А.

На любом приборе обозначается показатель электромощности. Передача большого мощностного объема, применяемая в производстве, осуществляется по линиям с высоким напряжением. Энергия преобразовывается с помощью подстанций в электроток и подается для использования в электросети.

Благодаря несложным расчетам определяется мощностная величина. Зная ее значение, можно сделать правильный подбор напряжения для полноценной работы приборов бытового и промышленного предназначения. Такой подход поможет избежать перегорания электроприборов и обезопасить электросети от перепадов напряжения.

Energy and Power Units: The Basics

[pagebreak:Energy and Power Units: The Basics]

Если вы изучаете экологические технологии, особенно возобновляемые источники энергии, вы не можете не столкнуться с утверждениями вроде этих:

• A 26-ваттная КЛЛ производит свет, эквивалентный 100-ваттной лампе накаливания.
• Энергетическая ценность галлона этанола варьируется от 75 700 БТЕ до 84 000 БТЕ.
• Toyota Prius Hybrid Synergy Drive оснащен электродвигателем мощностью 67 лошадиных сил.

Но что такое ватты, БТЕ и лошадиные силы? Что они измеряют и как они связаны с возобновляемыми источниками энергии? Сколько ватт, например, производит ветряная турбина и сколько домов она будет обеспечивать? Сколько БТЕ требуется для обогрева среднего дома и сколько для этого требуется природного газа?

Прежде чем вы сможете ответить на эти вопросы, вы должны освоить некоторые основные понятия и словарный запас:

• Что такое энергия и сила и как они связаны друг с другом?
• Какие стандартные единицы энергии и мощности используются учеными?
• Какие традиционные единицы используются в промышленности и как они соотносятся со стандартными единицами?
• Как различные единицы измерения 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 опять не школьная физика. Это больше похоже на курс Berlitz по разговору об энергии — достаточно, чтобы вы прочитали меню и, возможно, подслушали туземцев.

Вот список содержимого:

— Боб Беллман (Bob Bellman) — независимый писатель и консультант по маркетингу.

[pagebreak:SI: Международная система единиц]

На протяжении веков ученые шли разными путями, исследуя энергию и силу. Так каждый вид энергии — электрическая, механическая, химическая, тепловая и ядерная — обрел свою систему измерения, а каждая отрасль, связанная с энергетикой, выработала свою терминологию. Автодилеры говорят о лошадиных силах. Подрядчики HVAC устанавливают тонны и БТЕ. Электроэнергетика поставляет киловатт-часы. Ученые ссылаются на ньютоны и джоули.

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 получены все остальные 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 ) Вт; милливатт (мВт) составляет одну тысячную (10 ^-3 ) ватта.

Отрасли, связанные с энергетикой, начинают использовать терминологию СИ, но традиционные термины по-прежнему преобладают. 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 возобновляемой энергии.

Таблица 1: Базовые единицы СИ

Таблица 2: Некоторые производные единицы СИ

Таблица 3: Некоторые множители СИ ) — все, от движения автомобиля до обогрева дома и освещения комнаты. Многие формы работы связаны с преобразованием энергии. Лампочка преобразует электрическую энергию в тепловую и световую энергию. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию в тепловую и механическую энергию. Динамо преобразует механическую энергию в тепловую и электрическую энергию.

Решения в области возобновляемых источников энергии используют источники энергии, которые не будут исчерпаны этими преобразованиями, и снижают потребление энергии, делая преобразования более эффективными. Фотоэлектрические (PV) панели вырабатывают электричество из солнечного света вместо сжигания невозобновляемого ископаемого топлива. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания, потому что 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 измерения. Единицей энергии/работы в СИ является 9.0057 Дж (Дж), названа 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 по перемещению тела на один метр (J = N · m). Примерно столько энергии требуется, чтобы поднять маленькое яблоко на один метр против силы земного притяжения. 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) — скорость передачи или преобразования энергии. Таким образом, мощность равна работе, деленной на время (P = W/t). Единицей мощности в СИ является ватт (Вт) в честь шотландского изобретателя Джеймса Уатта (1736 — 1819). Улучшения Уатта в паровой машине помогли начать промышленную революцию. По иронии судьбы сам Уатт ввел термин «лошадиная сила», 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 потребляют электрическую энергию в размере от 40 до 150 Вт.

Сила редко упоминается в разговорах о возобновляемых источниках энергии, разве что в ненаучном смысле: «Высокие цены на бензин вынуждают меня ходить на работу пешком». Тем не менее, сила является важным понятием. Физики определили четыре фундаментальные 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 гидроэлектростанции.

Единицей силы в системе СИ является ньютонов (Н) в честь английского физика сэра Исаака Ньютона (1643–1727). Многие считают, что Ньютон оказал величайшее влияние на историю науки, опередив даже Альберта Эйнштейна. Ньютон, единица измерения, представляет собой силу, которая ускоряет массу в один килограмм со скоростью один метр в секунду в квадрате (Н = кг · м/с ² ). Сила земного притяжения на человека весом 70 кг (154 фунта) составляет около 686 ньютонов.

[pagebreak:Механическая энергия: футо-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, необходимой для перемещения объекта в один фунт на расстояние в один фут. Один футо-фунт равен примерно 1,36 Дж. Метрическая аналогия футо-фунта — ньютон-метров (Н·м). Один ньютон-метр равен одному джоулю.

Вероятно, самая известная единица измерения механической мощности — 9.0057 лошадиных сил (л. с.), задуманный Джеймсом Уаттом в 1782 году, чтобы позиционировать свой паровой двигатель на фоне конкурентов. Ватт определил, что «идеальный» шахтерский пони может поднять ведро угля весом 33 000 фунтов на один фут за одну минуту, и соответственно определил механическую мощность в лошадиных силах.

Хотя 33 000 ft-lb/min звучит как много, мощность в лошадиных силах — относительно небольшая единица, равная примерно 746 Вт. Тостер потребляет около 1000 Вт (1,3 л.с.), и только для вращения требуется не менее 5 л.с. лезвие на газонокосилке. Четырехцилиндровый двигатель седана Honda Accord 2007 года выпуска развивает мощность 166 л.с.; 12-цилиндровый двигатель нового Rolls-Royce Phantom выдает 453 л.с.

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

Исследование материалов способствует дальнейшему снижению затрат на механическую энергию. Помните, что работа равна весу, умноженному на расстояние. Целых 50 процентов Boeing 787 Dreamliner изготовлен из легких композитных материалов. Это, наряду с повышенной эффективностью двигателя, позволяет Боингу 787 использовать на 20 процентов меньше топлива, чем другим самолетам аналогичного размера.

[pagebreak:Электроэнергия: вольты, амперы и киловатты]

Электрическая энергия менее интуитивна, чем механическая, потому что действует невидимо. 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 в совокупности создают разность электрических потенциалов или напряжение. В электрических приложениях напряжение тянет электроны через проводник, создавая ток, мало чем отличающийся от гравитации, вытягивающей молекулы воды через трубу.

Стандартной единицей электрического заряда является кулон (C). Шарль-Огюстен де Кулон (1736–1806) — французский физик, открывший связь между электрическими зарядами, расстоянием и силой. Кулон — это количество заряда, переносимого током в один ампер за одну секунду (C = A·s), и это удивительно большая единица измерения. Сила отталкивания между двумя зарядами +1 кулон, находящимися на расстоянии одного метра друг от друга, составляет 9 х 10 9 Н, или более миллиона тонн! Таким образом, заряд чаще всего измеряется в микро- или нанокулонах.

Стандартной единицей электрического потенциала является вольт (В), в честь графа Алессандро Вольта (1745 — 1827), известного своим изобретением электрической батареи. Вольт эквивалентен одному джоулю энергии на кулон заряда (V = J/C). Бытовое электроснабжение в США обычно составляет 110 В, хотя для тяжелых приборов можно использовать 220 В. Обычная батарея для фонарика дает 1,5 В, а молния может быть около 100 МВ. Линии электропередачи дальнего следования работают от 110 до 1200 кВ.

Стандартной единицей электрического тока является ампер (А) или ампер. Французский физик Андре-Мари Ампер (1775–1836) был одним из главных первооткрывателей электромагнетизма. Один ампер равен смещению заряда в один кулон в секунду (А = Кл/с). Большинство бытовых цепей потребляют менее 15 А.

Большая часть электроэнергии производится путем сжигания ископаемого топлива. Солнечные электростанции, ветряные турбины и другие технологии предлагают чистые, возобновляемые альтернативы, но им предстоит пройти долгий путь, чтобы заменить существующие электростанции. В 2006 году электростанции, работающие на ископаемом топливе, в США произвели 2 874 миллиарда кВтч, а атомные электростанции произвели 787 миллиардов кВтч. Все возобновляемые источники энергии вместе взятые произвели 385 миллиардов кВтч, что составляет менее 10 процентов от общего объема производства в США.

Частично проблема связана с масштабом. Крупная электростанция, работающая на нефти, газе или угле, выдает от 2 до 3 ГВт на полную мощность. Большинство концентрирующих солнечных установок вырабатывают десятки мегаватт, а современные ветряные турбины вырабатывают около 3 МВт. Предлагаемый проект Cape Wind требует 130 турбин, чтобы обеспечить только три четверти электроэнергии Кейп-Кода. Типичная домашняя фотоэлектрическая система, подключенная к сети, производит менее 6 кВт.

С другой стороны, возобновляемых источников энергии достаточно, если только мы 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 каждый. Лампы накаливания потребляют от 40 до 150 Вт, в то время как компактные люминесцентные лампы дают такое же количество света при мощности от 10 до 40 Вт. В целом средний дом в США потребляет около 1000 кВтч в месяц, что составляет ничтожную долю солнечной энергии, попадающей на его крышу.

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

Тепловая энергия – это энергетическое содержание системы, связанное с повышением или понижением температуры объекта. Тепло – это поток тепловой энергии между двумя объектами, вызванный разницей температур. Возьмите чашку горячего кофе в холодный день, и вы испытаете тепловую энергию в действии.

Британская тепловая единица (БТЕ или БТЕ) обычно используется для описания энергосодержания топлива 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 БТЕ, основанных на начальной температуре воды, но в целом одна БТЕ равна примерно 1055 Дж, примерно 780 футо-фунтам и примерно 0,3 ватт-часа.

При сгорании химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию или тепло. Сжигание топочного мазута № 2 дает около 138 000 БТЕ на галлон. Сжигание фунта угля дает около 15 000 БТЕ; сжигание кубического фута природного газа, около 1000 БТЕ. Чтобы обогреть дом площадью 2000 квадратных футов в Новой Англии, требуется примерно 95 000 БТЕ/ч.

Одной из проблем, с которыми сталкиваются сторонники биотоплива, является более низкое содержание энергии в этаноле по сравнению с бензином. Галлон бензина содержит около 115 000 БТЕ, а галлон этанола содержит около 80 000 БТЕ. Таким образом, сжигание этанола производит меньше механической энергии, чем сжигание бензина, и автомобили проезжают меньше миль на галлон. С топливом E10 (10-процентный этанол, 90 процентов бензина), сокращение пробега незначительно. С E85 (85 процентов этанола, 15 процентов бензина) водители видят сокращение пробега как минимум на 15 процентов. Некоторые производители автомобилей устанавливают топливные баки большего размера, так что запас хода их автомобилей с гибким топливом аналогичен бензиновым автомобилям.

Другие единицы измерения тепловой энергии включают калорию, терм и квад. малых или грамм калорий (кал) — 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 БТЕ, калория имеет разные значения в зависимости от начальной температуры воды. В среднем один кал равен примерно 4,18 Дж, а один ккал равен примерно 4,18 кДж или почти 4 БТЕ. Пищевые калории основаны на килограммовых калориях.

Терм (thm) равен 100 000 BTU и примерно 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 потребляли 34,6 квад энергии. К 1970 году общее потребление выросло до 67,8 квадроциклов; к 1990 г. — 84,7 квадроцикла; а к 2006 г. — 99,9 квадр. Сумма, приходящаяся на возобновляемые источники энергии — гидроэнергию и биомассу — в 1950 г. составила 8,6%. К 2006 году потребление возобновляемой энергии – гидроэнергии, биомассы, геотермальной энергии, солнца и ветра – упало до 6,9 процента от общего объема.

Тепловая мощность измеряется в БТЕ в час (БТЕ/ч), часто сокращенно просто БТЕ. Большинство показателей нагрева и охлаждения в БТЕ на самом деле представляют собой БТЕ/ч. Один ватт равен примерно 3,41 БТЕ/ч. Одна лошадиная сила равна более 2500 БТЕ/ч.

Холодопроизводительность часто измеряется в тонн . Одна тонна охлаждения — это количество энергии, необходимое для растапливания одной тонны льда за 24 часа и равное 12 000 БТЕ/ч. Типичная домашняя центральная система кондиционирования воздуха рассчитана на от 4 до 5 тонн (от 48 000 до 60 000 БТЕ / ч). Комнатные кондиционеры работают от 5000 до 15000 БТЕ/ч.

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

[pagebreak:Сравнение единиц и переводных коэффициентов]

Из-за своего разнообразного наследия энергетические и энергетические блоки сильно различаются по размеру. На рис. 1 показаны графики единиц энергии, а на рис. 2 — графики единиц мощности. Обратите внимание, что вертикальная шкала на обоих графиках логарифмическая; 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 приведены коэффициенты преобразования между выбранными единицами энергии и мощности.

Таблица 4: Отдельные единицы энергии и коэффициенты пересчета

Таблица 5: Выбранные единицы мощности и переводные коэффициенты

Как измеряется мощность и энергия?

Энергия и мощность

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, знание различий может улучшить ваше понимание вашего счета за электроэнергию. Давайте рассмотрим определения энергии и мощности, чтобы дать вам лучшее представление о том, 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 подаче энергии вашим электрическим устройствам (например, лампочкам, телевизору) и теплу от ваших газовых приборов (например, печи, водонагревателя).

Существует множество различных видов энергии, включая химическую, тепловую, ядерную, электрическую и гравитационную, которые делятся на две основные категории энергии: потенциальную и кинетическую. Типы энергии, которые проходят через ваш дом, по большей части являются химическими, тепловыми и электрическими. Химическая и тепловая энергия являются потенциальной и кинетической соответственно, а электрическая энергия состоит из того и другого. Давайте подробнее рассмотрим эти различные виды энергии.

Потенциальная и кинетическая энергия

Существует два основных типа энергии: потенциальная и кинетическая .

Потенциальная энергия — запасенная энергия. Это потенциал для того, чтобы что-то работало или создавало изменения. Химическая энергия , энергия, которая удерживает 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 вида 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, запальник в вашей домашней печи — нагревает газ, он разрывает эти молекулярные связи. Когда облигации рвутся, 9Химическая энергия 0033 преобразуется в тепловую энергию , которая течет по всему дому, чтобы поддерживать в нем тепло и уют.

Электрическая энергия

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. Например, как только вы активируете электрический прибор или включаете свет, эта потенциальная электрическая энергия преобразуется в кинетическую по мере того, как заряженные атомы переместить через электрический провод. Помните, кинетическая энергия – это движение!

Что такое сила?

Вместо того, чтобы быть полностью отдельным от энергии объектом, сила на самом деле зависит от энергии. По своей сути мощность — это поток энергии во времени ; когда мы измеряем мощность, мы измеряем скорость, с которой прибор использует энергию. Если энергия — это количество выполненной работы, то мощность — это скорость выполнения этой работы. Поскольку при этом учитывается скорость, мощность измеряется в таких единицах, как ватты (джоули в секунду), которые включают время как фактор.

Что касается вашего счета за коммунальные услуги, вы, скорее всего, 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, известный 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 измерения энергии можно уловить оба этих аспекта? Джоулей измеряют 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 скорость потребления энергии. Если ватт (мощность) равен одному джоулю в секунду, то джоуль электрической энергии равен одному ватт-секунде. 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 печи для выпечки пирога или печи для обогрева вашего дома. Но на приборах, работающих на природном газе, вы, скорее всего, увидите оценку BTU (британская тепловая единица), а не оценку 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 поставщик коммунальных услуг, скорее всего, измеряет потребление природного газа в гигаджоулях (ГДж). Один ГДж равен одному миллиарду джоулей; для контекста, для обогрева нового одноместного дома среднего размера в Канаде в течение одного года требуется около 100 гигаджоулей.

В чем измеряется мощность?

Поскольку мощность зависит от энергии, состав этого измерения также зависит от единиц измерения энергии, в частности, от джоулей.

Мощность измеряется в Вт ; ватт равен одному джоулю в секунду . Что это значит в реальном мире? Возвращаясь к нашему примеру с включением света, ватты измеряют количество энергии, которое ваша лампочка использует за каждую секунду, когда выключатель света включен. Итак, если у вас есть 60-ваттная лампочка, она потребляет 10 джоулей энергии за каждую секунду включения.

Один ватт — очень маленькая единица мощности. Поэтому для измерения энергопотребления более крупных машин и приборов (таких как электрическая плита или вся домашняя система освещения) мощность обычно измеряется в киловаттах (кВт) — 1000 Вт.

Когда ваш поставщик электроэнергии измеряет потребление электроэнергии, ему необходимо знать количество киловатт, потребленных за определенный период. Вот тут-то и появляется киловатт-часов (кВтч) , и, вероятно, это то, что вы уже видели в своем счете за электроэнергию. Дифференциация кВт и кВтч проста: киловатт — это единица мощности, тогда как киловатт-часы измеряют энергию, потребляемую этой выходной мощностью.

Как понять ваш счет за электроэнергию

Чтобы понять ваш счет за электроэнергию, вам просто нужно умножить ежемесячное потребление электроэнергии и природного газа на тариф, взимаемый вашим поставщиком коммунальных услуг. Энергетические компании обычно взимают плату за электроэнергию по цене за кВтч, а за природный газ — по цене за ГДж.

Допустим, у вас есть беговая дорожка мощностью 600 Вт, которую вы используете по два часа каждый день. Чтобы выяснить, сколько вы ежемесячно платите за занятия на беговой дорожке, 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 кВтч

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 плату в размере 0,08 доллара США за кВтч, вы будете должны 2,88 доллара США (0,08 доллара США X 36 кВтч в месяц) за электроэнергию за использование вашей беговой дорожки в течение месяца.

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

1. Умножьте показатель BTU на количество часов использования.

   100 000 БТЕ/час X 150 часов = 15 000 000 БТЕ

2. Преобразовать БТЕ в джоули.

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

3. Перевести джоули в гигаджоули.

   15 825 000 000 джоулей 1 миллиард джоулей = 15,825 ГДж

Последним шагом к определению стоимости отопления вашего дома является умножение ГДж на регулируемый тариф на природный газ. Для этого примера мы скажем, что это 2,25 доллара США за ГДж, что означает, что вы должны будете заплатить около 35,60 долларов США за электроэнергию в месяц.

Дополнительные позиции в вашем счете за электроэнергию

Теперь, когда вы знаете, в каких единицах отражается мощность и энергопотребление вашего домохозяйства, ваш ежемесячный счет за электроэнергию должен показаться немного более простым. Но также может быть несколько дополнительных статей, требующих определения:

• Передача или доставка сборы отражают стоимость перемещения электроэнергии или природного газа от источника через систему передачи, провода для электричества и трубопроводы для природного газа.