Эрл Гейтс - Введение в электронику

• Дать определение мощности , связанной с электрической цепью.

• Записать связь мощности с током и напряжением.

• Вычислить мощность, потребляемую электрической цепью.

• Дать определение полной мощности, потребляемой последовательной, параллельной или последовательно-параллельной цепью.

Кроме силы тока, напряжения и сопротивления, существует четвертая величина, играющая важную роль при анализе электрических цепей. Эта величина называется мощностью.

Мощность — это скорость, с которой совершается работа. Мощность расходуется только пои подключении цепи к источнику. Мощность прямо пропорциональна и току, и напряжению.

В этой главе анализируются процессы в электрических цепях с учетом мощности.

Скорость, с которой энергия передается в цепь, или энергия (тепло) выделяется на сопротивлении в цепи, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах.

Ватт— это произведение напряжения в 1 вольт и тока в 1 ампер. Соотношение между мощностью, напряжением и током может быть записано следующим образом:

Р = I∙ E,

где Р = мощность в ваттах, I = ток в амперах, Е = напряжение в вольтах.

ПРИМЕР: Вычислите мощность потребляемую в цепи, изображенной на рис. 7–1.

Рис. 7–1

Дано:

I = 2 А, Е = 12 В.

P =?

Решение:

Р= I∙ E

Р= (2)∙(12)

Р= 24 Вт.

ПРИМЕР: Какое требуется напряжение для того, чтобы получить ток в 2 ампера при мощности 200 ватт?

Дано:

Р = 200 Вт; I = 2 А

Е =?

Решение:

Р= I∙ E

200 = 2( E )

Е = 100 В.

ПРИМЕР: Какой ток течет через 100 ваттную лампочку при напряжении 120 вольт?

Дано:

Р = 100 Вт; Е = 120 В.

I =?

Решение:

Р= I∙ E

100 = ( I )(120)

I = 0,83 A.

7–1. Вопросы

1. Дайте определение электрической мощности.

2. Какие единицы используются для измерения мощности?

3. Вычислите неизвестные величины:

a . Р=? Е= 12 В, I = 1 А.

b . Р = 1000 Вт, Е =? I = 10 А.

c . Р = 150 Вт, Е= 120 В, I=?

Резистивные элементы цепи потребляют мощность. Для определения мощности, потребляемой элементом цепи, надо умножить падение напряжения на этом элементе на ток, протекающий через него:

Р= I∙ E

Полная мощность, потребляемая последовательной или параллельной цепью, равна сумме мощностей, потребляемых отдельными элементами. Это может быть выражено следующим образом:

P Т= P R1+ P R2+ P R3+ … + P Rn

Мощность, потребляемая цепью, часто бывает меньше 1 ватта. Для облегчения использования таких малых чисел используются милливатт (мВт) и микроватт (мкВт).

1000 милливатт = 1 ватт;

1 милливатт = 1/1000 ватта;

1000000 микроватт = 1 ватт;

1 микроватт = 1/1000000 ватта

ПРИМЕР: Какая мощность потребляется в цепи, изображенной на рис. 7–2?

Сначала определим полное сопротивление цепи.

рис. 7–2

Дано:

R1 = 560 Ом; R2 = 820 Ом; R3 = 1000 Ом

RТ =?

Решение:

RТ = R1 + R2 + R3

RТ = 560 + 820 + 1000

RT = 2380 Ом.

Теперь, используя закон Ома, определим полный ток, текущий по цепи.

* * *

Дано:

E = 12 В; R = 2380 Ом.

I =?

Решение:

IT = ET/ RT = 12/2380

IT = 0,005 А

Общую потребляемую мощность теперь можно определить с помощью формулы для мощности.

Дано:

IТ = 0,005 А; ЕT = 12 В.

P T =?

Решение:

РT = IT∙ ЕT

РT = (0,005)(12)

РT = 0,06 Вт или 60 мВт.

ПРИМЕР: Каково сопротивление резистораR2 в цепи, изображенной на рис. 7–3?

Рис. 7–3

Сначала определим падение напряжения на резисторе R1. В параллельной цепи ко всем ветвям приложено одинаковое напряжение.

Дано:

PR1 = 0,018 Вт; IR1 = 0,0015 А

ЕR1 =?

Решение:

PR1 = ЕR1∙ IR1

0,018 = (0,0015)( ЕR1)

ЕR1 = 12 В.

Теперь можно определить ток через резистор R2.

Дано:

PR2 = 0,018 Вт; ЕR2 = 12 В

IR2 =?

Решение:

PR2 = ЕR2∙ IR2

0,026 = ( IR2)(12)

IR2 = 0,00217 A.

Теперь можно определить сопротивление резистора R2 с помощью закона Ома.

Дано:

IR2 = 0,00217 А; ЕR2 = 12 В

R2 =?

Решение:

IR2 = ЕR2/ R2

0,00217 = 12/ R2

R2 = 5530 Ом.

ПРИМЕР: Какая мощность выделяется на резисторе 22 ома, если через него течет ток 0,05 ампера?

Сначала нужно определить с помощью закона Ома падение напряжения на резисторе.

Дано:

IR = 0,05 A; R = 22 Ом.

ER =?

Решение:

IR = ЕR/ R

0,05 = ЕR/22

IR = 1,1 В

Теперь можно определить мощность, выделяемую на резисторе с помощью формулы для мощности.

Дано:

ЕR = 1,1 В; IR = 0,05 А.

PR =?

Решение:

PR = IR∙ ЕR

PR = (0,05)(1,1)

PR = 0,055 Вт или 55 мВт.

7–2. Вопросы

1. Пo какой формуле можно определить мощность, если известны ток и напряжение?

2. По какой формуле определяют полную мощность последовательной цепи? Параллельной цепи?

3. Преобразуйте следующие единицы:

а . 100 мВт = мкВт;

б . 10 Вт = мВт;

в . 10 мкВт = Вт;

г . 1000 мкВт = мВт

д . 0,025 Вт = мВт.

4. Какая мощность выделяется на каждом резисторе цепи, изображенной на рис. 7–4?

Рис. 7–4

5. Какая мощность выделяется на каждом резисторе в цепи, изображенной на рис. 7–5?

Рис. 7–5

6. Какая мощность выделяется на каждом резисторе в цепи, изображенной на рис. 7–6?

Рис. 7–6

РЕЗЮМЕ

• Мощность — это скорость, с которой энергия подается в цепь.

• Мощность — это также скорость, с которой энергия (тепло) выделяется на сопротивлении в цепи.

• Мощность измеряется в ваттах.

• Мощность равна произведению тока на напряжение: