Электрическая энергия и мощность в чем разница

Видео: Реактивная мощность за 5 минут простыми словами. Четкий #энерголикбез

Энергия против мощности

Мощность и энергия — два термина, которые часто используются как синонимы. Часто даже инженеры делают ошибку, используя термины мощность и энергия как синонимы. Таким образом, можно легко понять бедственное положение простых людей. Ну, эти два термина очень тесно связаны, но не одно и то же, и между ними есть различия. Эти два термина легко понять, используя третий термин, называемый работой. Давайте посмотрим на связь между ними.

Энергия

Энергия — это способность выполнять работу. Это очень распространенное слово в повседневной жизни. Для выполнения любой работы требуется энергия. Вам нужна энергия, чтобы переместить машину. Вам нужна энергия для обогрева вашего дома зимой. Он нужен для освещения дома по ночам. Мы используем солнечную энергию для изготовления солнечных батарей. Растения используют энергию солнца для приготовления пищи. Энергия присутствует во многих формах, таких как механическая, термическая, электрическая и химическая. Конечно, есть атомная и ядерная энергия, которые используются для обеспечения электричеством домов. Вы можете задействовать любой источник энергии для выполнения работы. Мы используем потенциальную и кинетическую энергию воды, падающей с высоты, чтобы производить электричество. На электростанциях уголь сжигается, и его химическая энергия преобразуется в электрическую.

Энергия неразрушима, и мы можем только изменить ее форму. Мы используем химическую энергию батареи для обеспечения тока. Для производства пара мы сжигаем уголь и другие ископаемые виды топлива, преобразуя таким образом накопленную химическую энергию в тепловую. Чтобы обогревать наши дома или сохранять прохладу внутри, нам необходимо преобразовывать электрическую энергию в тепловую. Самая маленькая единица энергии — джоуль, но в повседневном использовании она незначительна, поэтому мы используем такие термины, как ватт-час или киловатт-час.

Мощность

Это концепция, которая измеряет, насколько быстро используется энергия. Итак, энергия — это то, что вы доставляете, а мощность — это скорость, с которой вы ее доставляете. Давайте разберемся с этим на примере. Вы получаете энергию в виде электричества. Номинальная мощность различных приборов показывает, насколько быстро они потребляют эту энергию. 100-ваттная лампа, конечно, будет потреблять энергию быстрее, чем люминесцентная лампа с номинальной мощностью 10 Вт. Таким образом, мощность — это скорость использования энергии. Таким образом, единица мощности — джоули в секунду.

Говоря о различиях, энергия присутствует во многих формах и может храниться, тогда как энергия не может храниться. Мощность только показывает, насколько быстро потребляется энергия. В разных автомобилях потребляемая энергия остается прежней, но объем их двигателей определяет скорость использования энергии. Вот почему автомобили меньшего размера имеют лучшую топливную экономичность, чем автомобили большего размера.

Резюме

• Энергия и мощность — взаимосвязанные понятия в повседневной жизни и в науке.

• В то время как энергия — это способность выполнять работу, мощность — это скорость выполнения работы.

Электрическая энергия и мощность

Электрическая энергия (электроэнергия) — это способность электромагнитного поля производить работу, преобразовываясь в другие виды энергии. Электроэнергия — наиболее совершенный и универсальный вид, сравнительно легко преобразующийся в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую, химическую и др.

Совершение работы связано с перемещением зарядов через элементы, обладающие сопротивлением. Единица измерения электроэнергии (работы) — джоуль (Дж). Она соответствует работе по перемещению заряда в один кулон между точками цепи с напряжением в один вольт: Дж = В • Кл.

Электрическая мощность — это работа по перемещению электрических зарядов в единицу времени.

Единица измерения мощности — ватт (Вт), Вт = Дж/с.

Различают активную и реактивные мощности.

Активная мощность — это мощность, связанная с преобразованием электроэнергии в тепловую или механическую энергию: в цепях постоянного тока

в цепях переменного синусоидального тока

где U — действующее значение напряжения, U = U_m/yJ2; I — действующее значение тока, I = /_m/V2; 2 +(X_L -Х_с) 2 — полное сопротивление цепи, Ом.

Электроэнергия

Электроэнергия — это уровень потребления энергии в электрической цепи.

Электрическая мощность измеряется в ваттах.

Определение электроэнергии

Электрическая мощность P равна потреблению энергии E, деленному на время потребления t:

P — электрическая мощность в ваттах (Вт).

E — потребление энергии в джоулях (Дж).

t — время в секундах (с).

пример

Найдите электрическую мощность электрической цепи, которая потребляет 120 джоулей в течение 20 секунд.

P = E / t = 120 Дж / 20 с = 6 Вт

Расчет электроэнергии

P = V ⋅ I

P = I 2 ⋅ R

P = V 2 / R

P — электрическая мощность в ваттах (Вт).

V — напряжение в вольтах (В).

I — ток в амперах (А).

R — сопротивление в Ом (Ом).

Мощность цепей переменного тока

Формулы предназначены для однофазного переменного тока.

Для трехфазного переменного тока:

Если в формуле используется линейное напряжение (V _L-L ), умножьте однофазную мощность на квадратный корень из 3 (√ 3 = 1,73 ).

Если в формуле используется линейное нулевое напряжение (V _L-0 ), умножьте однофазную мощность на 3.

Реальный сила

Реальная или истинная мощность — это мощность, которая используется для работы с нагрузкой.

P = V _rms I _rms cos φ

P — реальная мощность в ваттах [Вт]

V _rms — это среднеквадратичное значение напряжения = V _{пиковое} / √ 2 в вольтах [В]

I _rms — среднеквадратичное значение тока = I _{пиковое} / √ 2 в амперах [A]

φ — фазовый угол импеданса = разность фаз между напряжением и током.

Реактивная сила

Реактивная мощность — это мощность, которая тратится впустую и не используется для работы с нагрузкой.

Q = V _rms I _rms sin φ

Q — реактивная мощность в вольт-ампер-реактивной [VAR]

V _rms — это среднеквадратичное значение напряжения = V _{пиковое} / √ 2 в вольтах [В]

I _rms — среднеквадратичное значение тока = I _{пиковое} / √ 2 в амперах [A]

φ — фазовый угол импеданса = разность фаз между напряжением и током.

Полная мощность

Полная мощность — это мощность, подаваемая в цепь.

S = V _rms I _rms

S — полная мощность в вольт-амперах [ВА]

V _rms — это среднеквадратичное значение напряжения = V _{пиковое} / √ 2 в вольтах [В]

I _rms — среднеквадратичное значение тока = I _{пиковое} / √ 2 в амперах [A]

Соотношение реальной / реактивной / полной мощности

Активная мощность P и реактивная мощность Q вместе дают полную мощность S:

Электрическая энергия и мощность в чем разница

Мощность против энергии: принципиальные различия схожих понятий

Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Мы продолжаем знакомить читателей с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания (ИП), современным решениям в данной области и уникальным функциям, помогающим решить самые сложные задачи, возникающие при тестировании. В этом номере менеджер по развитию бизнеса и ведущий раздела по системам электропитания объединенного блога Keysight Technologies в России Алексей Телегин обсуждает такие фундаментальные понятия, как мощность и энергия.

Энергия становится все более ценным товаром, ведь человечество гораздо быстрее находит способы ее потребления, чем способы воспроизводства. Даже если бы мы были способны добывать или преобразовывать энергию в неограниченных количествах, процессы ее производства и потребления все равно оказывали бы огромное влияние на жизнь всей планеты. Для решения проблемы растущих потребностей необходимы более разумные и эффективные способы использования энергии. Нельзя не отметить, что в ряде отраслей происходит постоянное развитие технологий для решения данной задачи, и компания Keysight Technologies является активным участником этого, безусловно, положительного процесса.

Несмотря на то, что мощность и энергия — фундаментальные понятия, и большинство профессионалов прекрасно понимают различие между ними, я иногда встречаю сотрудников, ошибочно использующих одно из этих слов вместо другого. Действительно, эти понятия тесно связаны, но все же являются принципиально разными по смыслу.

Итак, начнем с энергии. Вероятно, лучше всего рассматривать ее с точки зрения классической механики движения заряженных частиц. Уравнение кинетической энергии выглядит следующим образом:

Ek = &frac12 × m × v 2 ,

где Ek — энергия частицы, m — масса, а v — скорость. До тех пор, пока эта движущаяся частица не испытывает воздействия, ее энергия остается неизменной. Но что произойдет с частицей под действием внешней силы? Этот вопрос приводит нас к понятию работы. Механическая работа — это мера силы, зависящая от численной величины, направления силы и от перемещения точки. Если эта сила действует в том же направлении, что и перемещение, работа определяется как положительная. Частица получает энергию. Если сила действует в направлении, противоположном перемещению, тогда работа является отрицательной. Энергия частицы уменьшается. Работа выражается следующим образом:

W = Ek2–Ek1,

где Ek1 — энергия частицы до воздействия на нее силы, а Ek2 — энергия частицы после воздействия.

Работа — это количественная мера изменения энергии этой частицы.

Мы подошли к вопросу определения потенциальной энергии. В механике потенциальную энергию можно описать как нечто, что я буду называть возобновляемой силой, приложенной в направлении, противоположном перемещению. В самом типичном случае это будет масса объекта, поднятого на некоторую высоту, на который действует сила тяжести. Это также может быть сила, использованная для растягивания пружины на некоторое расстояние. В случае силы тяжести потенциальную энергию описывает следующая формула:

Ep = m × g × y,

где Ep — потенциальная энергия частицы, m — масса, g — сила тяжести, а y — высота частицы над заданной точкой отсчета. Обратите внимание, что вес — это произведение массы на силу тяжести. Работа, складываемая или вычитаемая (соответственно), — это подъем или опускание частицы на вертикальное расстояние под действием силы тяжести.

Для электричества понятия работы и энергии точно такие же, как и в контексте механики. Известно, что энергию нельзя создать или уничтожить, ее можно только преобразовать из одной формы в другую. Энергию света можно преобразовать в электрическую при помощи фотоэлемента. Электрическую энергию можно преобразовать в механическую при помощи электродвигателя и т. д. Эти процессы не являются эффективными на все 100%, потому что значительная доля исходной энергии преобразуется также в тепловую. Общепринятой мерой энергии являются джоули, которые равны одной ватт-секунде. Чаще всего мы сталкиваемся с этим понятием, когда оплачиваем счета за электроэнергию: сумма в них рассчитывается на основании количества киловатт-часов электроэнергии, которая израсходована с момента выставления предыдущего счета.

Как и в механике, энергию в электрических системах можно сохранять — в частности, в реактивных компонентах (катушках индуктивности и конденсаторах). Энергия в катушке вычисляется по формуле:

E = &frac12× L × I 2 ,

где E — энергия в джоулях, L — индуктивность в генри, а I — сила тока в амперах. Катушка индуктивности хранит свою энергию в магнитном поле. Соответственно, энергия конденсатора определяется по формуле:

E = &frac12× C × V 2 ,

где E — энергия в джоулях, C — емкость в фарадах, а V — электрический потенциал в вольтах. Конденсатор хранит свою энергию в электрическом поле.

Надеюсь, что теперь вы имеете более четкое представление о том, что представляет собой энергия (и работа). Далее необходимо связать эти понятия с мощностью.

Мы знаем, как можно увеличить энергию или, наоборот, уменьшить ее в системе под воздействием совершаемой работы, и установили, что совершенная работа приводит к изменению количества энергии. Но необходимо также знать, в течение какого периода выполнялась работа. Ведь она могла совершаться в течение минуты, дня или года. Мощность является мерой скорости, с которой выполняется работа, и энергии, добавляемой в систему или удаляемой из системы.

Средняя мощность = совершаемая работа/интервал времени.

Когда мы слышим слово «мощность», чаще всего нам в голову приходит мощность в лошадиных силах, которой обладает какой-нибудь автомобиль (по крайней мере, это утверждение справедливо для большинства автолюбителей). Несмотря на то, что чаще всего это понятие используется в отношении механических систем, лошадиная сила все же остается мерой мощности, точно так же, как и электрическая мощность, которую мы потребляем из розеток у себя дома.

Когда-то, еще во времена тепловых двигателей, Джеймс Ватт придумал термин «лошадиная сила» в качестве средства для сравнения своих паровых двигателей с интенсивностью работы, которую может производить лошадь. Механическая работа — это мера силы (фунты), затраченной на перемещение на расстояние (футы). В результате расчета было принято, что лошадь может переместить 550 футо-фунтов за одну секунду, или производить 550 футо-фунтов мощности в секунду.

Электрическая мощность также является мерой работы, выполняемой за единицу времени. Однако в этом случае она перемещает заряд в 1 Кл (кулон) при потенциале в 1 В (вольт) за 1 с (секунду). Обратите внимание, что 1 А (ампер) равен 1 Кл/с. Одна единица электрической мощности равна одному ватту. Подведем итог:

P (ватты) = Q (кулоны) × V (вольты) / t (секунды) = I (амперы) × V (вольты).

Мы говорили о том, что энергия измеряется в ватт-секундах и киловатт-часах. Разделите количество энергии на интервал времени, за который она была использована, и вы получите мощность в ваттах и киловаттах! Какова взаимосвязь между механической и электрической мощностью? Когда появились первые электродвигатели, необходимо было соотнести работу, которую они могли выполнить, с работой тепловых двигателей, которая измерялась в лошадиных силах, где одна лошадиная сила равна 550 футо-фунтов/с. Было определено, что электромотору с КПД, равным 100%, требуется 746 Вт электрической мощности, чтобы произвести одну лошадиную силу механической мощности. Обратите внимание, что оценка работы в лошадиных силах основана на британских единицах измерения физических величин. Мера лошадиной силы на основании метрической системы немного отличается и составляет около 735 Вт.

Итак, теперь вы умеете рассчитывать количество потребляемой мощности электрическими приборами и в лошадиных силах, и в ваттах. В то же время, вы также можете рассчитать мощность двигателя своего автомобиля в ваттах (или киловаттах) вместо лошадиных сил: в наши дни это довольно полезный навык, поскольку мощность в ваттах признается во всем мире, а в лошадиных силах — не везде.

Электрическая энергия и мощность

Источник электрической энергии, характеризующийся ЭДС Е и внутренним сопротивлением Rq, и потребитель, представленный сопротивлением R (сопротивление соединительных проводов не учитываем), образуют электрическую цепь (рис. 2.6). Источник осуществляет направленное перемещение электрических зарядов по замкнутой цепи. Энергия Ж_ист, которую затрачивает источник на перемещение заряда Q, создает электродвижущую силу источника (ЭДС)

которая имеет единицу измерения вольт (В):

В замкнутой электрической цепи ЭДС Е генератора равна сумме напряжения на его зажимах U и падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника Uq

С ростом тока в цепи внутреннее падение напряжения в источнике увеличивается, поскольку

Из выражения (2.5) следует, что

При холостом ходе (режим, при котором с помощью ключа S (рис. 2.6) потребитель R отключается от источника питания) ток в цепи равен нулю, и, следовательно, Uq = IRq = 0, а напряжение на зажимах источника будет равно его ЭДС:

Итак, ЭДС генератора измеряется при холостом ходе, и вольтметр (рис. 2.6) при разомкнутом ключе S показывает ЭДС источника.

На внешней (вольт-амперной) характеристике источника (рис. 2.7) видно, что с увеличением тока, т.е. с увеличением нагрузки, напряжение на зажимах источника уменьшается.

Умножив выражение (2.5) на ток /, получим:

где /*_ист = EI — мощность источника электроэнергии; P-UI — мощность потребителя (полезная мощность); Р₀ = U₀I— мощность потерь.

Если пренебречь потерей энергии в проводах, то для любой замкнутой цепи можно записать баланс мощностей:

Полезную мощность можно определить иначе:

Электрическая мощность измеряется в ваттах:

Электрическая энергия определяется формулой и имеет единицу измерения:

Потребитель, имеющий сопротивление R = 20 Ом, подключен к источнику с ЭДС Е= 40 В и R₀ = 0,4 Ом. Проверьте баланс мощностей для данной цепи.

Энергия и мощность электрического тока

В замкнутой электрической цепи источник затрачивает электhическую энергию Энергия и мощность электрического тока