Какими приборами измеряют работу электрического тока

Работа и мощность электрического тока

Какими приборами измеряют работу электрического тока

16 августа 2013.
Категория: Электротехника.

Работа электрического тока

Рисунок 1. Работа и мощность электрического тока

К цепи, представленной на рисунке 1, приложено постоянное напряжение U.

U = φА – φБ

За время t по цепи протекло количество электричества Q. Силы электрического поля, действующего вдоль проводника, перенесли за это время заряд Q из точки А в точку Б. Работа электрических сил поля или, что то же, работа электрического тока может быть подсчитана по формуле:

A = Q × (φА – φБ) = Q × U,

Так как Q = I × t, то окончательно:

A = U × I × t,

где A – работа в джоулях; I – ток в амперах; t – время в секундах; U – напряжение в вольтах.

По закону Ома U = I × r. Поэтому формулу работы можно написать и так:

A = I 2 × r × t.

Мощность электрического тока

Работа, произведенная в единицу времени, называется мощностью и обозначается буквой P.

Из этой формулы имеем:

A = P × t.

Единица измерения мощности:

1 (Дж/сек) иначе называется ваттом (Вт). Подставляя в формулу мощности выражение для работы электрического тока, имеем:

P = U × I (Вт).

Формула мощности электрического тока может быть выражена также через потребляемый ток и сопротивление потребителя:

Кроме ватта, на практике применяются более крупные единицы измерения электрической мощности. Электрическая мощность измеряется в:

100 Вт = 1 гектоватт (гВт); 1000 Вт = 1 киловатт (кВт);

1000000 Вт = 1 мегаватт (МВт).

Электрическая мощность измеряется специальным прибором – ваттметром. Ваттметр имеет две обмотки (катушки): последовательную и параллельную. Последовательная катушка является токовой и включается последовательно с нагрузкой на участке цепи, где производятся измерения, а параллельная катушка – это катушка напряжения, она соответственно включается параллельно этой нагрузке.

 Принцип действия ваттметра основан на взаимодействии двух магнитных потоков создаваемых током, протекающим по обмотке подвижной катушки (токовой катушки), и током, проходящим по неподвижной катушке (катушке напряжения).

При прохождении измеряемого тока по обмотке подвижной и неподвижной катушек образуются два магнитных поля, при взаимодействии которых подвижная катушка стремится расположится так, чтобы направление ее магнитного поля совпадало с направлением магнитного поля неподвижной катушки.

Вращающему моменту противодействует момент, созданный спиральными пружинками, через которые в подвижную катушку проводится измеряемый ток. Противодействующий момент пружинок прямо пропорционален углу поворота катушки. Стрелка, укрепленная на подвижной катушке, указывает значение измеряемой величины. Схема включения ваттметра показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема включения ваттметра

Если вы решили измерить потребляемую мощность, какой либо имеющейся у вас нагрузки, и при этом у вас отсутствует ваттметр, вы можете «изготовить» ваттметр своими руками.

Из формулы P = I × U видно, что мощность, потребляемую в сети, можно определить, умножив ток на напряжение. Поэтому для определения мощности, потребляемой из сети, следует использовать два прибора, вольтметр и амперметр.

Измерив амперметром потребляемый ток и вольтметром напряжение питающей сети, необходимо показание амперметра умножить на показание вольтметра.

Так, например, мощность, потребляемая сопротивлением r, при показании амперметра 3 А и вольтметра 220 В будет:

P = I × U = 3 × 220 = 660 Вт.

Для практических измерений электрической работы (энергии) джоуль является слишком мелкой единицей.

Если время t подставлять не в секундах, а в часах, то получим более крупные единицы электрической энергии:

1 Дж = 1 Вт × сек; 1 Вт × ч = 3600 ватт × секунд = 3600 Дж; 100 Вт × ч = 1 гектоватт × час (гВт × ч);

1000 Вт × ч = 1 киловатт × час (кВт × ч).

Электрическая энергия измеряется счетчиками электрической энергии.

1. Работа и мощность электрического тока

2. Еще немного о мощности

Пример 1. Определить мощность, потребляемую электрическим двигателем, если ток в цепи равен 8 А и двигатель включен в сеть напряжением 220 В.

P = I × U = 8 × 220 = 1760 Вт = 17,6 гВт = 1,76 кВт.

Пример 2. Какова мощность, потребляемая электрической плиткой, если плитка берет из сети ток в 5 А, а сопротивление спирали плитки равно 24 Ом?

P = I 2 × r = 25 × 24 = 600 Вт = 6 гВт = 0,6 кВт.

При переводе механической мощности в электрическую и обратно необходимо помнить, что 1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт;

Читайте также  Каким электроизмерительным прибором измеряется частота электрического тока?

1 киловат (кВт) = 1,36 л. с.

Пример 3. Определить энергию, расходуемую электрической плиткой мощностью 600 Вт в течение 5 часов.

A = P × t = 600 × 5 = 3000 Вт × ч = 30 гВт × ч = 3 кВт × ч

Пример 4. Определить стоимость горения двенадцати электрических ламп в течение месяца (30 дней), если четыре из них по 60 Вт горят по 6 часов в сутки, а остальные восемь ламп по 25 Вт горят по 4 часа в сутки. Цена за энергию (тариф) 2,5 рубля за 1 кВт × ч.

Мощность четырех ламп по 60 Вт.

P = 60 × 4 = 240 Вт.

Число часов горения этих ламп в месяц:

t = 6 × 30 = 180 часов.

Энергия, расходуемая этими лампами:

A = P × t = 240 × 180 = 43200 Вт × ч = 43,2 кВт × ч.

Мощность остальных восьми ламп по 25 Вт.

P = 25 × 8 = 200 Вт.

Число часов горения этих ламп в месяц:

t = 4 × 30 = 120 часов.

Энергия, расходуемая этими лампами:

A = P × t = 200 × 120 = 24000 Вт × ч = 24 кВт × ч.

Общее количество расходуемой энергии:

43,2 + 24 = 67,2 кВт × ч

Стоимость всей потребленной энергии:

67,2 × 2,5 = 168 рублей.

Источник: Кузнецов М.И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/541-after-the-electric-current-and-power.html

Какими приборами измеряют работу электрического тока

Какими приборами измеряют работу электрического тока

> Теория > Работа тока

  • 1 Работа тока
  • 2 Мощность тока
  • 3

В каждой квартире или частном доме устанавливаются счетчики учета электроэнергии, по показаниям которых владельцы на ежемесячной основе оплачивают счета.

Такие контрольные приборы учитывают количество киловатт-часов, потребленные всеми электроприборами и источниками света за определенный промежуток времени.

Многие задаются вопросом о том, что же такое эти «киловатт-часы». Ответ прост: так измеряется работа тока.

Внешний вид квартирного счетчика, который ведет учет работы, что свершил электроток

Каждый человек использует электричество с конкретными целями. Электрический ток выполняет определенную работу, проходя по электроцепи, вследствие которой и функционируют электроприборы, осветительное оборудование и прочее.

Работа электрического тока – это величина, численно равная произведению силы электротока на напряжения на концах участка цепи и на временной промежуток, в течение которого такая работа совершалась. Если любое из этих производных будет изменяться в ту или иную сторону, то и работа, совершенная током, будет уменьшаться или увеличиваться.

Обозначается эта характеристика тока заглавной латинской литерой «А», а измеряется в джоулях или киловатт-часах, сокращенно «Дж» и «кВт*ч», соответственно.

На заметку. Работа тока показывает, сколько электроэнергии превратилось в другие виды энергии (тепловую либо световую) за конкретный период. Для электроэнергии справедлив закон сохранения энергии.

Формула, по которой измеряется работа электрического тока, выглядит следующим образом:

A = U*I*t, где:

  • А – количественный показатель выполненной током работы;
  • U – электронапряжение в цепи;
  • I – сила электротока;
  • t – время, за которое осуществлялась работа электротока.

Также рассчитать работу, какая выполнена током, можно через напряжения и сопротивления в электроцепи по формуле:

A=U2*t/R,

а, имея только данные о силе электротока и сопротивлении в электроцепи, эта величина рассчитывается по формуле:

A=I2*R*t.

В этих формула буквенно обозначаются следующие величины:

  • А – работа электрического тока;
  • U – напряжение в цепи;
  • R – сопротивление на участке цепи;
  • I – сила тока;
  • t – время, за которое осуществлялась работа электротока.

Интересно знать. Счётчики обычно учитывают работу электрического тока в кВт*ч. Эта единица применяется на практике чаще, чем общепринятая единица электрической работы «джоуль», названная в честь знаменитого физика. Дело в том, что Джоуль – единица достаточно мелкая, а 1 кВт*ч =  3600000 Дж.

Для измерения работы тока необходимы такие приспособления, как вольтметр, амперметр, часы. На практике же измерения проводятся сборным прибором – счетчиком по учету электроэнергии.

Электрическая цепь, в которую подключены вольтметр и амперметр для измерения работы электрического тока

Мощность тока

Также немаловажным является такое понятие, как мощность электротока, которая находиться в прямой зависимости от выполненной работы.

Мощность электротока численно равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа совершалась. Электрическая мощность по своему определению аналогична механической, но обозначается буквой Р.

Из определения мощности следует формула:

Р = А/t, где:

  • Р – мощность электротока;
  • А – выполненная током работа;
  • t – время, за которое осуществлялась работа электротока.

Если заменить в этой формуле числитель на U*I*t, получится такое равенство:

Р = U*I.

Единицей измерения электрической мощности является Ватт (Вт). 1 Вт равен мощности тока силой 1 А с напряжением 1 В. Ватт довольно небольшая единица, поэтому на практике используют дополнительные:

  • кВт (киловатт);
  • МВт (мегаватт);
  • ГВт (гигаватт).
Читайте также  Прибор для измерения потребляемой мощности бытовых приборов

Мощность электрического тока на опыте определяется с помощью амперметра и вольтметра или специального прибора – ваттметра.

Внешний вид цифрового ваттметра, которым измеряют мощность тока

Производные единицы мощности и работы:

  • 100 ватт называют гектоваттом;
  • 1000 ватт – киловаттом;
  • 1 килограмм-сила-метр в секунду равняется 9,81 ватт;
  • 1 лошадиная сила равняется 75 килограмм-сила-метр в секунду или 736 ватт;
  • 1 джоуль соответствует 1 ватт-секунде;
  • 60 ватт-секунд (джоулей) называют ватт-минутой;
  • 60 ватт-минут называют ватт-часом;
  • 100 ватт-часов называют гектоватт-часом;
  • 1000 ватт-часов называют киловатт-часом.

Знать такие понятия, как работа и мощность электротока, важно всем, так как они повсюду окружают человека: в жировках, на упаковке электроприборов, на счетчиках.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/rabota-toka.html

Измерение силы тока в электрических сетях

Сила тока измеряется в амперах и характеризует нагрузку электрических сетей.

 Необходимость измерения силы тока возникает для проверки, является ли нагрузка на кабель допустимой. Для монтажа электропроводок используются кабели различных сечений.

Допустимыми токами для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией, проложенных по воздуху, являются:

Сечение жилы, мм2 Алюминиевые жилы в количестве Медные жилы в количестве
2 3 4 5 2 3 4 5
1,5 24 21 20 20
2,5 25 21 20 20 33 28 26 26
4,0 34 29 27 27 44 37 34 34
6,0 43 37 34 34 56 49 46 46

При превышении нагрузки кабельной линии допустимой, кабель будет нагреваться, а его изоляция – разрушаться. В итоге это приведет к короткому замыканию, а кабель придется менять на новый.

Поэтому после замены кабелей измеряют ток, протекающий через него при подключении всех электроприборов. Если электропроводка старая, то при подключении к ней дополнительной нагрузки тоже нужно проверить, соответствуют ли токи в ней допустимым значениям.

При максимальной нагрузке электропроводки можно проверить, соответствует ли ток через автоматические выключатели их номинальным данным. При превышении номинального тока автомата его срабатывание от перегрузки неизбежно.

Измерение силы тока требуется для определения режимов работы электроприборов.

Измерение токов нагрузки электродвигателей производится не только для контроля их исправности (токи во всех фазах должны быть одинаковы), но и для определения наличия перегрузки из-за повышенного момента на валу.

Для обогревателя измерение тока покажет, все ли греющие элементы у него исправны. Только измерением тока нагрузки можно выяснить, заработал ли теплый пол.

Приборы для измерения силы тока

Измерить ток можно, используя такие приборы:

Источник: https://alekstroy.com/kakimi-priborami-izmeryayut-rabotu-elektricheskogo-toka/

Урок физики

Какими приборами измеряют работу электрического тока

Класс: 8

Цели:

  1. Продолжить формирование у учащихся понятия электрический ток, Закона Ома.
  2. Вести понятие работы электрического тока.
  3. Развивать умения работы с приборами; измерять, сравнивать, анализировать.
  4. Научить применять знания при решении задач.
  5. Воспитание исследовательских навыков и качеств личности.

Оборудование:

  • демонстрационный вольтметр;
  • амперметр, вольтметр;
  • источник питания, линейка;
  • фотоэлемент, реостат, ключ;
  • соединительные провода;
  • лампа накаливания.

Тип урока: урок изучения нового материала с элементами поисковой работы.

Методическая литература:

  1. Физика-8. А.В. Перышкин, 2004.
  2. Сборник задач В.И.Лукашика, Е.В. Ивановой.

I. Организационный момент

Проверка домашнего задания: работа по карточкам опроса по пройденной теме.

Карточка №1. 1. Какое соединение проводников является последовательным? Изобразите схему соединения.

2. Какое соединение проводников является параллельным? Изобразите схему.

Карточка №2.
Какая электрическая величина одинакова для всех проводников: а) при последовательном; б) при параллельном соединении?

Карточка №3.
Как найти общее сопротивление отдельных проводников: а) при последовательном; б) при параллельном соединении?

Карточка №4. 1. Как найти общее напряжение цепи, состоящей из последовательно соединенных проводников?

2. Как найти силу тока участка цепи состоящего из параллельно соединенных проводников, зная силу тока на каждой?

Карточка №5. 1. Какое соединение используется в елочных гирляндах?

2. Какое соединение проводников применяется в жилых помещениях?

II. Изучение нового материала

1) Повторение физических величин изученных на предыдущих уроках.

Учитель: Что называем электрическим током?

Ученик: Упорядоченное движение заряженных частиц.

Учитель Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток?

Ученик: Нужно создать в нем электрическое поле.

Учитель: Какой величиной характеризуется электрическое поле?

Ученик: Напряжением.

Учитель: Что показывает напряжение в электрической цепи?

Ученик: Напряжение показывает. какую работу совершает электрическое поле при перемещении заряда в 1 Кл. из одной точки в другую.

Учитель: Что означает напряжение на участке цепи 1В?

Ученик: Это означает, что электрическое поле совершает работу по перемещению электрического заряда в 1 Кл. по этому проводнику равной 1 Джоулю.

Читайте также  Прибор измеряющий шероховатость поверхности

Учитель: А при прохождении по этому проводнику в 5 Кл., какую работу совершает?

Ученик: В 5 раз больше, чем в 1 Кл.

Учитель: Таким образом, чтобы определить работу электрического тока на каком-нибудь участке цепи, надо напряжение на концах этого участка цепи умножить на электрический заряд (количества электричества), прошедший по нему: А = Uq, где:

А – работа U – напряжение,

q – электрический заряд.

2) От чего зависит значение работы электрического тока?

Учитель: Для этого воспользуемся установкой с лампой накаливания. Изменяя сопротивление реостата, демонстрируем различное свечение лампы. При этом одновременно измеряем значение силы тока и напряжения в этих случаях.

Чем ярче горит лампочка, тем больше выделяется энергии, а значит, совершается большая работа электрическим током. Этому случаю соответствует большое значение силы тока и большое значение напряжения. Значит, работа зависит от силы тока и напряжения.
Как вы думаете, в каком случае будет выделяться больше тепла: когда лампочка горит длительное время или горит долго?

Ученик: Чем дольше горит лампочка, тем больше выделяется тепла.

Учитель: Верно. Значит, от какой еще величины зависит работа электрического тока?

Ученик: От времени. Чем дольше горит лампочка, тем большая работа будет совершена.

Учитель: Значит, есть еще величина, от которой зависит работа электрического тока – это время. Мы можем записать формулу, по которой рассчитывается работа: А = UIt.

  • Работа электрического тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению на концах этого участка, на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Определим единицу измерения работы. Работу измеряют в джоулях, напряжение в вольтах, силу тока в амперах и время в секундах, поэтому
1 Джоуль = 1 Вольт х 1 Ампер х 1 Секунда, или 1 Дж = 1 ВхАхc.

Сколько приборов нужно, чтобы измерить работу тока?

Ученик: 3 прибора: вольтметр, амперметр, часы.

На практике работу тока измеряют специальными приборами-счетчиками.

III. Закрепление материала

1) Решение задач по группам.

Группа А «делай с нами».

Задача.

Рассчитать, какую работу совершает электрический ток в электродвигателе вентилятора за 30 сек., если при напряжении 220 В сила тока в двигателе равна 0,1 А?

(Решается у доски.)

Дано: U = 220 В, I = 0,1 А, t = 30 с,

А = ?

Решение: А = UIt

А = 220 Вх0,1 Ах30 с = 660 Дж.

Ответ: А = 660 Дж.

Группа В «делай как мы».

Задача.

Какую работу совершает электродвигатель за 1 час, если сила тока в цепи равна 5 А, напряжение на клеммах 220 В и КПД двигателя 80%?

(Следует устный разбор.)

Дано: t = 1 час = 3600 с, I = 5 А, U = 220 В, КПД = 80%,

А = ?

Решение: А затр. = UIt А = 220 В х 3600 с = 3960000 В х А х С = 4 000 000 Дж х 80% : 100 %

А полезн. = 4 000 000 Дж х 80 % : 100 % = 3,2 х 103 Дж.

Группа С «делай лучше нас».

Задача.

Два проводника сопротивлением по 5 Ом каждый соединены сначала последовательно, а потом параллельно и в обоих случаях включены под напряжение 4,5 В. В каком случае работа тока за одно и то же время будет больше и во сколько раз?

Учитель: Итак, мы научились вычислять работу. А какие приборы нужны, чтобы ее измерить?

Ученик: Амперметр, вольтметр, часы.

Учитель: Как они включаются в цепь?

Ученик: Амперметр – последовательно, вольтметр – параллельно. При включении приборов необходимо соблюдать полярность.

Учитель: Соберите электрическую цепь, где лампочка и спираль соединены параллельно. Измерьте напряжение и силу тока при последовательном соединении проводников. Заполните таблицу измерений.

2) Нарисуйте схему соединения электрической цепи:

а) при последовательном;
б) при параллельном соединении проводников.

(Двое рисуют схемы на доске.)

IV. Итог урока

  1. Какую новую физическую величину мы с вами рассмотрели на уроке?
  2. От чего зависит работа электрического тока?
  3. В каких единицах она измеряется?
  4. Какими приборами измеряется работа электрического тока?

Подведение итогов и выставление оценок.

V. Домашнее задание

Параграф 50 (задачи: для гр. «А» № 1396, гр. «В» № 1398, гр. «С» № 1407).

Использованная литература:

  1. Гайфуллин В.Г., Мингазов Р.Х. Игровой метод в обучении физике: Пособие для учителей. – Казань: Магариф,1997. – 135 с.
  2. Галимов Д.Г., Даутов Г.Ю., Тимеркаев Б.А. Физика. Казань: Магариф, 2001. – 2 часть.
  3. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы, Ч.1/ В.П.Орехов, А.В.Усова, И.К.Турышев. – М.: Просвещение, 1980.
  4. Физика в школе. // Научно-методический журнал. 2001, №1, 1-80.
  5. Физика в школе. // Научно-методический журнал. 2001, №3, 1-80.

Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/612715/