Ампер как единица измерения и его взаимосвязь с мощностью

Электрическим током (I) называется направленное движение электрических зарядов (ионов — в электролитах, электронов проводимости в металлах).

Необходимым условием для протекания электрического тока является замкнутость электрической цепи.

Электрический ток измеряется в амперах (А).

Производными единицами измерения тока являются:

1 килоампер (кА) = 2019 А;

1 миллиампер (мА) 0,001 А;

1 микроампер (мкА) = 0,000001 А.

Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека.

Электрическим напряжением (U) называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля.

Единицей разности электрических потенциалов является вольт (В).

1 В = (1 Вт) : (1 А).

Производными единицами измерения напряжения являются:

1 киловольт (кВ) = 2019 В;

1 милливольт (мВ) = 0,001 В;

1 микровольт (мкВ) = 0,00000 1 В.

Сопротивлением участка электрической цепи называется величина, зависящая от материала проводника, его длины и поперечного сечения.

Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом).

1 Ом = (1 В) : (1 А).

Производными единицами измерения сопротивления являются:

1 килоОм (кОм) = 2019 Ом;

1 мегаОм (МОм) = 1 000 000 Ом;

1 миллиОм (мОм) = 0,001 Ом;

1 микроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.

Электрическое сопротивление тела человека в зависимости от ряда условий колеблется от 2019 до 10 000 Ом.

Удельным электрическим сопротивлением (ρ) называется сопротивление проволоки длиной 1 м и сечением 1 мм2 при температуре 20 °С.

Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью (γ).

Мощностью (Р) называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.

Мощностью генератора называется величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в генераторе в электрическую.

Мощностью потребителя называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в отдельных участках цепи в другие полезные виды энергии.

Системной единицей мощности в СИ является ватт (Вт). Он равен мощности, при которой за 1 секунду выполняется работа в 1 джоуль:

1Вт = 1Дж/1сек

Производными единицами измерения электрической мощности являются:

1 киловатт (кВт) = 2019 Вт;

1 мегаватт (МВт) = 2019 кВт = 1 000 000 Вт;

1 милливатт (мВт) = 0,001 Вт; о1i

1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.

Единицами измерения электрической энергии являются:

1 ватт-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);

1 киловатт-час (кВт ч) = 3,б 106 Вт сек.

Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, присоединенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определить энергию, потребленную двигателем.

Вт*сек, или, разделив эту величину на 2019 и 3600, получим энергию в киловатт-часах:

W = 1980000/(1000*3600) = 0,55кВт*ч

Таблица 1. Электрические величины и единицы

Наименование

Обозначение

латинским

шрифтом

Единицы измерения

Наименование

Обозначение

русским шрифтом

Напряжение

Электродвижущая сила

Ток

Сопротивление активное

Сопротивление реактивное

Сопротивление полное

Мощность активная Мощность реактивная

Мощность полная

Энергия

U, u

E, e

I, i

R, r

X, x

Z, z

P

Q

S

W

Вольт

Вольт

Ампер

Ом

Ом

Ом

Ватт

Вольт-ампер

реактивный

Вольт-ампер

Ватт-секунда или джоуль

В

В

А

Ом

Ом

Ом

Вт

вар

ВА

Вт*сек, дж

Электротехника тесно связала ампер и ватт между собой при помощи формул. Но так как они обозначают различные величины, не так уж и просто произвести перевод из одной в другую. Однако, согласно разработанным методикам, одни единицы измерения выражают другие и наоборот.Попробуем разобраться с этой задачей, но прежде всего определимся, что измеряется в амперах, ваттах, а заодно и вольтах, а также узнаем, какая между ними существует взаимосвязь.

Ампер

и его характеристика

Согласно специальным справочникам «1 ампер — это сила тока такой величины, что будучи пропущенной в двух математических проводниках бесконечной длины и бесконечно малого сечения, расположенных на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает между ними силу взаимодействия, равную 2×10 в -7 степени Ньютона». Вот такая абракадабра, которая мало что говорит даже профессионалу, за исключением разве профессора прикладной физики.

Теперь посмотрим по-другому. Мы воткнули вилку утюга в розетку. По проводу потек ток, который нагрел утюг. В соседнюю розетку мы воткнем настольную лампу. По ее шнуру тоже потек ток, который заставил лампочку светиться. И в том, и в другом случае работу делает ток, но только разной величины. Поскольку утюг мощнее лампы накаливания, для его нормальной работы требуется ток большей величины. Вот как раз эта величина и измеряется в амперах. Если утюг в 2 раза мощнее лампы, то и ток через него будет в два раза больше.

Итак, если сравнить электрический провод с водопроводной трубой, а электрический ток с водой, то сила тока — не что иное, как скорость протекания воды. Обратите внимание — скорость, а не объем.

Силу тока принято измерять в амперах (А) в честь французского физика Андре-Мари

Ампер

а, который ввел в науку понятие «сила тока». Как и любая другая единица измерения, ампер может иметь те или иные приставки, используемые для обозначения десятичных кратных единиц. К примеру, миллиампер (мА), микроампер (мкА), килоампер (кА) и т. д. Порядок работы с такими приставками тот же, что и у других величин, скажем, грамма, литра, метра. Таким образом:

  • 1 А = 1 000 мА;
  • 10 мА = 0.01 А;
  • 0.4 кА = 400 А;
  • 25 мкА = 0.025 мА и т. д.

После небольшой практики перевести одну величину в другую можно безо всяких калькуляторов, а просто в уме.

Ватт — единица электрической мощности

Теперь самое время перейти к ваттам и выяснить, что измеряет эта величина. «У тебя мощный пылесос?». «Да, почти два киловатта!». Такой диалог каждый из нас если и не вел сам, то наверняка был его свидетелем. А фразы «киловаттный чайник», «стоваттная лампочка» знакомы? Безусловно. Поэтому вы, конечно, уже догадались, что измеряется в ваттах. Совершенно верно — мощность. Точнее, электрическая мощность. Чем мощнее прибор, тем он производительней. Чайник быстрее закипает, лампочка ярче светит, мотор быстрее и сильнее своего маломощного собрата.

Для чего нужна эта единица измерения, думается, понятно всем — для оценки мощности того или иного электрического оборудования. Чем оно мощнее, тем больше электроэнергии потребляет.

Перевод из одной величины в другую

Поставим вопрос иначе: можно ли вообще перевести силу тока в электрическую мощность, как, скажем, сантиметры в дюймы или килограммы в фунты? Увы. Килограмм и фунт — величины веса. Сантиметр и дюйм — единицы измерения длины. Но амперы и ватты — единицы измерения совершенно разных величин. Вам же не придет в голову переводить литры в метры! Да, мощность напрямую зависит от тока потребления, но и только.

С таким же успехом можно сказать, что метры дорожного полотна напрямую зависят от литров бензина в баке. Чтобы вычислить пробег авто, нужно знать «прожорливость» двигателя. Для того чтобы узнать, какова мощность того же чайника, через который течет ток, скажем, в 2 ампера, нужно знать напряжение, подаваемое на этот самый чайник.

Вернемся к аналогии с водопроводной трубой, которая использовалась в пояснении силы тока. Сколько кубометров воды вытечет из трубы, скажем, за час, если скорость потока в этой самой трубе метр в секунду? Для решения этой задачи вам не хватает данных — сечения трубы. То же самое и с ваттом. Скорость потока (электрического тока) есть, сечения трубы (напряжения) нет. Значит, производительность трубы (или мощность чайника) рассчитать нельзя. Что ж, придется заняться напряжением.

Вольт — единица измерения напряжения

«Сколько выдает эта батарейка?». — «1.5 вольта». «В этой розетке напряжение 220 вольт?». — «Нет, 110».

Напряжение

, согласно специальной литературе, это «разность потенциалов между двумя проводниками». На контактах батареек или аккумуляторов оно одно, в розетках — другое, на высоковольтных подстанциях — третье, но все это вольты. Значит, что измеряется в вольтах? Правильно, напряжение. Как и амперы (да и ватты), вольт может иметь десятичную приставку:

  • 1 В = 2019 мВ;
  • 1000 В = 1 кВ;
  • 0.01 В = 10 мВ и т. д.

Вот теперь можно попытаться рассчитать мощность, учитывая ток. Именно рассчитать, а не перевести! Предположим, в вашем распоряжении есть лампа, потребляющая ток 5 А от сети 220 В. Какова ее электрическая мощность? Для ответа на этот вопрос достаточно воспользоваться общеизвестной формулой:

P = I х U,

где P — мощность прибора в ваттах, I — ток, протекающий через прибор в амперах, U — напряжение, подаваемое на прибор в вольтах.

5 А х 220 В = 2019 Вт или 1.1 кВт.

Итак, вы «перевели» амперы в ватты, хотя, как вы понимаете, ни о каком «переводе» речи не шло — обычный расчет, чувствуете разницу? Чтобы «перевести» ватты в амперы, воспользуемся следующей формулой:

I = P/U.

Электроплитка имеет мощность в 1.3 кВт (написано на шильдике). Какой ток она будет потреблять от сети 220 В?

1300 Вт / 220 В = 5.9 А или грубо 6 А.

Расчет мощности реактивной нагрузки

Все вышеприведенные формулы справедливы лишь для расчетов в цепях постоянного тока или переменного тока, но при активной нагрузке — лампе накаливания, утюга, электрочайника, обогревателя и т. п. Если же ток переменный, а в качестве нагрузки используется, скажем, электродвигатель (та же электромясорубка, циркулярная пила, электродрель и пр.), то формула расчета мощности имеет несколько иной вид:

P = I х U х cos ф, где ф — сдвиг фаз между питающим напряжением и потребляемым током в градусах. Для каждого устройства он разный и тем больше, чем большую индуктивность или емкость имеет нагрузка. Эта величина обычно приводится в сопроводительной документации к прибору или прямо на шильдике устройства (того же электродвигателя).

Ну вот вы и выяснили, в чем взаимосвязь между амперами и ваттами. Достаточно взять в руки калькулятор и рассчитать по уже известным формулам необходимые величины.