Как связать мощность и энергию

Обновлено: 25.02.2024

Мощность и электрическая энергия

Электрическая энергия — это потенциальная работа, которую сможет совершить электрический заряд в электромагнитном поле. На некоторое время электрическую энергию можно сохранить в конденсаторе, в катушке с током, можно даже в колебательном контуре. И в конце концов электрическая энергия может быть преобразована в механическую или в тепловую энергию, в энергию разряда, свечения и т. д.

Вообще, произнося словосочетание «электрическая энергия», можно иметь ввиду заряд конденсатора или аккумулятора, а можно — количество намотанных счетчиком киловатт-часов. В любом случае, речь всегда идет об измерении некого количества работы, уже совершенной электричеством, или той, которая еще только будет совершена. Так или иначе, электрическая энергия — это всегда энергия электрического заряда.

Если электрический заряд покоится (или движется по эквипотенциальной траектории), находясь в электрическом поле, то речь идет о потенциальной энергии A, которая зависит от количества заряда Q (измеряется в кулонах) и от разности потенциалов U в поле, между той точкой, где заряд находится в начальный момент, и той точкой, относительно которой вычисляется энергия данного заряда.

Потенциальная электрическая энергия связана с положением заряда в электрическом поле. Например 1 кулон заряда (6,24 квинтиллионов электронов) при разности потенциалов (напряжении) в 12 вольт обладает энергией в 12 джоуль. Это значит, что при перемещении в данных условиях всего этого заряда из точки с потенциалом 12 вольт в точку с потенциалом 0 вольт, электрическое поле совершит работу A, равную 12 Дж. Когда заряд движется, то речь идет о кинетической энергии носителя заряда или об энергии электрического тока.

Когда заряд движется под действием электрического поля, от точки с более высоким потенциалом — в сторону потенциала более низкого, электрическое поле совершает работу, потенциальная энергия заряда уменьшается, преобразуясь в энергию магнитного поля движущегося заряда и в кинетическую энергию движущегося носителя заряда.

Если, например, заряженные частицы движутся под действием сторонних сил (допустим, ЭДС создается аккумулятором) внутри вольфрамовой спирали, то они преодолевают сопротивление вещества спирали, взаимодействуют с атомами вольфрама, сталкиваются с ними, раскачивают их, при этом спираль нагревается, выделяется тепло и излучается свет. Врезаясь в вещество спирали, заряженные частицы теряют свою кинетическую энергию, энергия частиц, движущихся под действием сторонних сил, преобразуется теперь в тепловую энергию колебаний кристаллической решетки спирали и в энергию электромагнитных волн света.

Когда мы говорим об электрической мощности, то имеем ввиду скорость преобразования электрической энергии. Например, скорость преобразования энергии электростанции при питании лампы накаливания мощностью 100 ватт, равна 100 Дж/с — 100 джоуль энергии в секунду — есть 100 ватт. Обычно для нахождения мощности перемножают ток I и напряжение U. Так делают потому, что ток I — это количество заряда Q, прошедшее через потребитель за время t, равное одной секунде. Напряжение — разность это та самая разность потенциалов, которую преодолел заряд. Вот и получается, что мощность W=Q*U/t=Q*U/1=I*U.

Номинальная мощность источника питания обычно ограничена напряжением на его клеммах и током, который способен данный источник обеспечить в номинальном режиме. Мощность потребителя — это скорость потребления электроэнергии при номинальном напряжении, приложенных к выводам потребителя.

Диафильм фабрики экранных учебно-наглядных пособий "Энергия и мощность электрического тока":

Мощность и энергия, работа и мощность. Услышав эти слова, каждый сразу вспомнит школьный курс физики, при этом, не особенно помня детали и тонкости данных понятий. На самом деле человеческая память без постоянного употребления знаний имеет способность забывать некоторые вещи или откладывать их на дальние полки. Примерно так обстоит дело с важными в повседневной жизни понятиями, к которым относятся работа и мощность, энергия и ее виды.

Дефиниция — главное для правильного понимания

Дефиниция или определение — это точное описание термина или понятия. Без этого нельзя полно раскрыть ни одно понятие, особенно если речь идет о физике, любящей точность.


Что такое энергия? Физика дает следующее определение: Энергия — величина, отражающая количественное значение различной степени взаимодействия и движения материи, а также перехода ее из одного состояния в другое. Из определения можно понять, что энергия — это субстанция, которая не может исчезать или возникать из ниоткуда. Она может только преобразовываться из одного состояния в другое. В зависимости от различности форм движения и степени взаимодействия объектов и материи, энергия подразделяется на:

  • механическую;
  • электромагнитную;
  • химическую;
  • внутреннюю;
  • ядерную;
  • тепловую.

Физика как наука считает рассмотрение целесообразности применения понятия «энергия» необходимым тогда, когда ее величина остается неизменной во время движения тела, что подразумевает однородность всей системы во времени.

связь мощности и энергии

Мощность с точки зрения физического определения, величина, определяющая скорость, с которой потребляется, передается или преобразуется энергия системой или одним телом. Существует прямая связь мощности и энергии, заключающаяся в более обывательском определении данного термина. Мощность в виде формулы можно представить как отношение работы, совершаемой в течение конкретного промежутка времени непосредственно к длительности ее выполнения.

Прозвучало слово «работа». Работа с точки зрения физики есть величина, которая отражает количественное воздействие некоторой прилагаемой к телу или системе силы, имеющей направленность и находящаяся в зависимости от перемещения объекта.

Чему равна энергия в физике?

Существует несколько различных формул, применяемых для расчета энергии и работы. Именно энергии и работы, поскольку если не вдаваться в глубокие подробности, то важно отметить, что эти два понятия тождественные, поскольку количественно обе эти величины принято измерять в единых величинах.

Итак, в зависимости от раздела физики применяются различные формулы для вычисления ее конечного значения. Если взять раздел физики «механика», то энергия равна силе, приложенной к телу, умноженной на длину перемещения. В другом разделе физики, называемом «термодинамика», энергия высчитывается по формуле в виде произведения давления на объем. В электрике энергия будет вычисляться как произведение мощности на время.

Получается, что энергия и мощность есть разные стороны отражения одного явления, но мощность отражает не количественную величину поглощенной энергии, а качественную, то есть скорость ее поглощения.

Работа энергии

Работа, совершаемая энергией, более сложное понятие, для определения которого необходимо знание того, что есть консервативные силы. Консервативные силы — это силы, чья работа не имеет зависимости от путей движения тел и определяется исключительно точкой начала движения и его конца. Ярким примером подобных сил является всем известное притяжение. Энергия, приводящая в действие тела в процессе воздействия на них консервативных сил, именуется потенциальной. Согласно теореме, работа, совершаемая в данном случае, есть величина, отражающая изменение потенциальной энергии, которая берется с противоположным знаком.

Физика: работа, мощность

Работа и мощность с физической точки зрения «сталкиваются» при разговорах об энергетических характеристиках движения. Именно в данном случае вводятся такие понятия, как «механическая работа» и «работа силы». Механическая работа отражает воздействие силы на тело, приводящее к перемещению последнего в пространстве. Именно величина приложения усилия называется механической работой. Работа в международной системе выражается в единицах измерения «джоуль». Один джоуль — это работа, которую совершает сила в 1 ньютон для перемещения некоторого объекта на 1 метр по направлению приложения силы.

Энергия, работа, мощность полностью взаимосвязанные величины, отражающие последовательное воздействие на тело определенных сил.

Энергия — это отражение форм движения и взаимодействия. Если далее прослеживать связь понятий, то движение совершается вследствие работы сил, которые действуют на тело. А мощность отражает скорость совершения работы.

Среди большого количество различных энергии, известных науке, отдельное место занимает тепловая энергия, физика которой заключается в беспорядочном передвижении молекул внутри тела, при этом особенность тепловой энергии состоит в том, что при обращении в иные виды происходит ее потеря.

Что такое энергия физика?

Назначение данного вида энергии в обычном, ненаучном мире, состоит в количественном отражении теплоты и сама система имеет двухсотлетнюю историю. В настоящее время общепринятыми являются несколько единиц измерения. Чаще всего они употребляются в промышленности, в частности в энергетике:

  • Калория. Эта единица измерения, находящаяся вне международной системы и применяющаяся для сравнения тепловой энергии с прочими параметрами;
  • Тонна пара. Специфическая единица, которая практически не применяется. С помощью тонны пара исчисляется энергия тепла в особенно крупных количествах и означает она объем пара, получаемый из тонны воды;
  • Джоуль. Наиболее широко распространенная единица измерения в науке. Тепловая энергия, выраженная в джоулях, означает количественное значение, сколько ее расходуется за единицу времени или же работу, совершаемую энергией в течение времени;
  • Киловатт на час. Эта единица знакома каждому, поскольку она является отражением потребленной электрической энергии и применяется для ее учета.

Работа, энергия, мощность. Физика дает четкие определения всем этим понятиям, которые очень тесно связаны и отражают взаимодействие систем или предметов. Понимания основ позволяет лучше понимать физическую сторону происходящих процессов в окружающей человека действительности.

Стремись не к тому, чтобы добиться успеха, а к тому, чтобы твоя жизнь имела смысл.

Альберт Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Учу детей тому, как надо учиться

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Урок 11. Лекция 11. Работа. Мощность. Энергия. Закон сохранения энергии

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы.

Если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается, то говорят, что сила совершает работу.


Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения (или скорости).

В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещении 1 м в направлении действия силы.

[1 Дж=1 Н·м]

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью.

Мощность Nфизическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.

Внесистемная единица мощности 1 л.с.=735 Вт

Связь между мощностью и скоростью при равномерном движении:

N=A/t так как A=FScosα тогда N=(FScosα)/t, но S/t = v следовательно

N=Fvcos α

В технике используются единицы работы и мощности:

1 Вт·с = 1 Дж; 1Вт·ч = 3,6·10 3 Дж; 1кВт·ч = 3,6·10 6 Дж

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

Обозначается Е Единица энергии в СИ [1Дж = 1Н*м]

Механическая работа есть мера изменения энергии в различных процессах А = ΔЕ.

Различают два вида механической энергии – кинетическая Ек и потенциальная Еp энергия.

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий

Е = Ек + Еp

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:



Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:



Если тело движется со скоростью , то для его полной остановки необходимо совершить работу


Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятиепотенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия – энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями. Такие силы называются консервативными. Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю.

Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй):

Ep = mgh

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Понятие потенциальной энергии можно ввести и для упругой силы. Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами.

Можно просто удлинить пружину на величину x, или сначала удлинить ее на 2x, а затем уменьшить удлинение до значения x и т. д. Во всех этих случаях упругая сила совершает одну и ту же работу, которая зависит только от удлинения пружины x в конечном состоянии, если первоначально пружина была недеформирована. Эта работа равна работе внешней силы A, взятой с противоположным знаком :


где k – жесткость пружины.

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину


Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x1, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x2 сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:


Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

Следовательно Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1) или Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Урок 11. Лекция 11. Работа. Мощность. Энергия. Закон сохранения энергии

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы.

Если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается, то говорят, что сила совершает работу.


Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения (или скорости).

В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещении 1 м в направлении действия силы.

[1 Дж=1 Н·м]

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью.

Мощность Nфизическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.

Внесистемная единица мощности 1 л.с.=735 Вт

Связь между мощностью и скоростью при равномерном движении:

N=A/t так как A=FScosα тогда N=(FScosα)/t, но S/t = v следовательно

N=Fvcos α

В технике используются единицы работы и мощности:

1 Вт·с = 1 Дж; 1Вт·ч = 3,6·10 3 Дж; 1кВт·ч = 3,6·10 6 Дж

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

Обозначается Е Единица энергии в СИ [1Дж = 1Н*м]

Механическая работа есть мера изменения энергии в различных процессах А = ΔЕ.

Различают два вида механической энергии – кинетическая Ек и потенциальная Еp энергия.

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий

Е = Ек + Еp

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:



Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:



Если тело движется со скоростью , то для его полной остановки необходимо совершить работу


Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятиепотенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия – энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями. Такие силы называются консервативными. Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю.

Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй):

Ep = mgh

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Понятие потенциальной энергии можно ввести и для упругой силы. Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами.

Можно просто удлинить пружину на величину x, или сначала удлинить ее на 2x, а затем уменьшить удлинение до значения x и т. д. Во всех этих случаях упругая сила совершает одну и ту же работу, которая зависит только от удлинения пружины x в конечном состоянии, если первоначально пружина была недеформирована. Эта работа равна работе внешней силы A, взятой с противоположным знаком :


где k – жесткость пружины.

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину


Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x1, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x2 сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:


Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

Следовательно Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1) или Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Мощность и потери энергии в цепи переменного тока

Мощность и потери энергии в цепи переменного тока

Мощность цепи, имеющей только активные сопротивления, называется активной мощностью Р. Ее вычисляют, как обычно, по одной из следующих формул:


Активная мощность характеризует безвозвратный (необратимый) расход энергии тока.

В цепях переменного тока имеется гораздо больше причин, вызывающих безвозвратные потери энергии, нежели в цепях постоянного тока. Эти причины следующие:

1. Нагрев провода током . Для постоянного тока нагрев является почти единственным видом потерь энергии. А для переменного тока, одинакового по значению с постоянным током, потери энергии на нагрев провода больше вследствие возрастания сопротивления провода за счет поверхностного эффекта. Чем выше частота тока, тем больше сказывается поверхностный эффект и тем больше потери на нагрев провода.

2. Потери на создание вихревых токов, иначе называемых токами Фуко . Эти токи индуктируются во всех металлических телах, находящихся в магнитном поле, образованном переменным током. От действия вихревых токов металлические тела нагреваются. Особенно значительные потери на вихревые токи могут наблюдаться в стальных сердечниках. Потери энергии на создание вихревых токов растут с повышением частоты.



Вихревые токи - в массивном сердечнике, б - в пластинчатом сердечнике

3. Потери на магнитный гистерезис . Под влиянием переменного магнитного поля ферромагнитные сердечники перемагничиваются. При этом возникает взаимное трение частиц сердечника, в результате которого сердечник нагревается. С повышением частоты потери на магнитный гистерезис увеличиваются.

4. Потери в твердых или жидких диэлектриках . В таких диэлектриках переменное электрическое поле вызывает поляризацию молекул, т. е. на противоположных сторонах молекул возникают равные по значению, но разные по знаку заряды. Поляризованные молекулы под действием поля поворачиваются и при этом испытывают взаимное трение. За счет него диэлектрик нагревается. При повышении частоты его потери возрастают.

5. Потери на утечку в изоляции . Применяемые изоляционные вещества не являются идеальными диэлектриками и в них наблюдаются токи утечки. Иначе говоря, сопротивление изоляции хотя и очень велико, но не равно бесконечности. Этот вид потерь существует и на постоянном токе. При высоких напряжениях возможно даже стекание зарядов в воздух, окружающий провод.

6. Потери на излучение электромагнитных волн . Всякий провод с переменным током излучает электромагнитные волны, причем с возрастанием частоты энергия излучаемых волн резко увеличивается (пропорционально квадрату частоты). Электромагнитные волны безвозвратно уходят от провода, и поэтому расход энергии на излучение волн эквивалентен потерям в некотором активном сопротивлении. В антеннах радиопередатчиков этот вид потерь является полезным расходом энергии.

7. Потери на переход энергии в другие цепи . Вследствие явления электромагнитной индукции часть энергии переменного тока переходит из одной цепи в другую, расположенную рядом. В некоторых случаях, например, в трансформаторах, такой переход энергии полезен.

Активное сопротивление цепи переменного тока учитывает все перечисленные виды безвозвратных потерь энергии . Для последовательной цепи можно определить активное сопротивление как отношение активной мощности , т. е. мощности всех потерь к квадрату тока:


Таким образом, при данном токе активное сопротивление цепи тем больше, чем больше активная мощность, т. е. чем значительнее общие потери энергии.

Мощность в участке цепи с индуктивным сопротивлением называется реактивной мощностью Q . Она характеризует реактивную энергию, т. е. энергию, не расходующуюся безвозвратно, а лишь временно запасающуюся в магнитном поле. Для отличия от активной мощности реактивную мощность измеряют не ваттами, а вольт-амперами реактивными (вар или var) . В связи с этим ее называли раньше безваттной.

Реактивная мощность определяется по одной из формул:


где UL — напряжение на участке с индуктивным сопротивлением xL; I — ток в этом участке.

Для последовательной цепи с активным и индуктивным сопротивлениями введено понятие полной мощности S . Она определяется произведением полного напряжения цепи U на ток I и выражается в вольт-амперах (В-А или VA)


Мощность в участке с активным сопротивлением подсчитывается по одной из приведенных выше формул или по формуле:


где φ — угол сдвига фаз между напряжением U и током I.

Множитель cosφ является коэффициентом мощности . Часто его называют «косинусом фи» . Коэффициент мощности показывает, какую долю полной мощности составляет активная мощность:


Значение cosφ может изменяться от нуля до единицы в зависимости от соотношения между активным и реактивным сопротивлением. Если в цепи имеется только одно реактивное сопротивление, то φ = 90°, cosφ = 0, Р = 0 и мощность в цепи чисто реактивная. Если же имеется только активное сопротивление, то φ = 0, cosφ = 1 и Р = S, т. е. вся мощность в цепи чисто активная.

Чем меньше cosφ, тем меньшая доля полной мощности является активной мощностью и тем больше реактивная мощность. Но работа тока, т. е. переход его энергии в какой-либо другой вид энергии, характеризуется лишь активной мощностью. А реактивная мощность характеризует энергию, совершающую колебание между генератором и реактивным участком цепи.

Для электрической сети она является бесполезной и даже вредной. Следует отметить, что в радиотехнике реактивная мощность в ряде случаев является необходимой и полезной. Например, в колебательных контурах, которые широко применяются в радиотехнике и служат для получения электрических колебаний, мощность этих колебаний является почти чисто реактивной.
На векторной диаграмме показано, как при изменении cos φ изменяется ток приемника I при неизменной его мощности.

Векторная диаграмма токов приемника при неизменной мощности и различных коэффициентах мощности

Векторная диаграмма токов приемника при неизменной мощности и различных коэффициентах мощности

Как видно, коэффициент мощности cosφ служит важным показателем степени использования полной мощности, развиваемой генератором переменной ЭДС . Надо обратить особое внимание на то, что при cosφ


Предположим, что в данном случае активная мощность получается при напряжении 100 кВ и токе 10 А. Однако генератор должен создавать напряжение 125 кВ, чтобы полная мощность была


Ясно, что применение генератора на более высокое напряжение невыгодно, а кроме того, при более высоком напряжении придется улучшить изоляцию проводов во избежание увеличения утечек или возникновения пробоя. Это приведет к удорожанию электрической сети.

Необходимость повышения напряжения генератора из-за наличия реактивной мощности характерна для последовательной цепи с активным и реактивным сопротивлением. Если же имеется параллельная цепь с активной и реактивной ветвями, то генератор должен создавать больший ток, чем нужно при одном активном сопротивлении. Иначе говоря, генератор нагружается дополнительным реактивным током.

Например, для рассмотренных выше значений Р = 1000 кВт, cosφ = 0,8 и S = 1250 кВА при параллельном соединении генератор должен при напряжении 100 кВ давать ток не 10 А, а 12,5 А. В этом случае не только генератор должен быть рассчитан на больший ток, но и провода электрической линии, по которой будет передан этот ток, придется взять большей толщины, что также увеличит стоимость линии. Если же в линии и у обмоток генератора будут провода, рассчитанные на ток 10 А, то ясно, что ток 12,5 А вызовет в этих проводах повышенный нагрев.

Таким образом, хотя дополнительный реактивный ток переносит от генератора в реактивные нагрузки и обратно реактивную энергию, все же он создает лишние потери энергии за счет активного сопротивления проводов.

Электрические сети

В существующих электрических сетях участки с реактивным сопротивлением бывают включены как последовательно, так и параллельно с участками, имеющими активное сопротивление. Поэтому генераторы должны развивать повышенное напряжение и повышенный ток, чтобы создавать, помимо полезной активной мощности, еще и реактивную.

Из сказанного ясно, какое большое значение для электрификации имеет повышение значения cosφ. Понижение его вызывается включением в электрическую сеть реактивных нагрузок. Например, электродвигатели или трансформаторы, работающие вхолостую или не полностью нагруженные, создают значительную реактивную нагрузку, так как они имеют обмотки с довольно большой индуктивностью. Для повышения cosφ важно, чтобы двигатели и трансформаторы работали с полной нагрузкой. Существует ряд способов для повышения cosφ.

В заключение отметим, что все три мощности связаны друг с другом следующим соотношением:


т. е. полная мощность не является арифметической суммой активной и реактивной мощностей. Принято говорить, что мощность S является геометрической суммой мощностей Р и Q.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Читайте также: