Что такое энергия и мощность в каких единицах они измеряются?

14 ответов на вопрос “Что такое энергия и мощность в каких единицах они измеряются?”

kya69 25-03-2020 Ответить

В текстах, публикуемых на этом сайте, часто встречаются различные термины, которые являются названиями физических величин. Многое мы изучали еще в школьном курсе физике, но знания имеют свойство забываться без постоянного употребления. В серии заметок, объединенных под общим заголовком «Вспоминаем физику» (можно было бы назвать «Снова в школу») мы постараемся напомнить вам, что означают основные термины, какие физические величины за этими терминами скрываются, как они связаны между собой, в каких величинах они измеряются. В общем, дать те основы, которые нужны для понимания публикуемых материалов.
Сайт нас в целом посвящен методам и технологиям получения энергии (конкретно, из возобновляемых источников). Энергия нужна людям для отопления и освещения собственных жилищ, для того, чтобы приводить в движение различные механизмы, которые совершают полезную для людей работу. То есть нам нужно получить в конечном итоге один из трех видов энергии — тепловую, механическую и энергию света. Как будет сказано ниже, в физике различают еще несколько видов энергии, но для нас важны в первую очередь эти три вида. Закончу с предисловиями и приведу те определения энергии, которые приняты в физике.

Работа и энергия

Еще из школьного курса физики (а школу я окончил 50 лет назад) я помню утверждение «Энергия является мерой способности физической системы совершить работу». Википедия дает менее понятное определение, утверждая, что
«Эне́ргия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то её энергия сохраняется в этой системе на протяжении времени, в течение которого система будет являться замкнутой. Это утверждение носит название закона сохранения энергии.»
Энергия является скалярной величиной, для измерения которой применяются несколько разных единиц. Нам наиболее интересны джоуль и киловатт-час.
Джо́уль (русское обозначение: Дж; международное: J) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). Джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы. В электричестве джоуль означает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт для поддержания силы тока в 1 ампер.
Впрочем, мы не будем углубляться в основы физики, выясняя, что такое сила и что такое один ньютон, просто примем понятие «энергия» за основу и запомним, что некое количество джоулей характеризует энергию, работу и количество теплоты. Еще одной величиной, с помощью которой измеряют количество энергии, является киловатт-час.
Килова́тт-час (кВт⋅ч) — внесистемная единица измерения количества произведенной или потреблённой энергии, а также выполненной работы. Используется преимущественно для измерения потребления электроэнергии в быту, народном хозяйстве и для измерения выработки электроэнергии в электроэнергетике.
Следует заметить, что правильно писать именно «кВт⋅ч» (мощность, умноженная на время). Написание «кВт/ч» (киловатт в час), часто употребляемое во многих СМИ и даже иногда в официальных документах, неправильно. Такое обозначение соответствует изменению мощности в единицу времени (что обычно никого не интересует), но никак не количеству энергии. Столь же распространённая ошибка — использовать «киловатт» (единицу мощности) вместо «киловатт-час».
В последующих статьях мы будем использовать джоуль и киловатт-час как единицы для оценки количества энергии или работы, имея в виду, что один киловатт-час равен 3,6·106 джоулей.
С точки зрения интересующих нас тем именно свойство энергии совершать работу является основополагающим. Мы не будем выяснять, как физика трактует понятие «работа», будем считать, что это понятие является первоначальным и не определяемым. Только еще раз подчеркнем, что количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.
В зависимости от вида энергии или работы величина энергии рассчитывается разными способами:
В механике: сила, умноженная на длину
E ~ F·l
В термодинамике: давление, умноженное на объём
E ~ P·V
Импульс, умноженный на скорость
E ~ p·v
Масса, умноженная на квадрат скорости
E ~ m·v²
В электростатике: заряд, умноженный на напряжение
E ~ q·U
Мощность, умноженная на время
E ~ N·t

Формы и виды энергии

Поскольку энергия, как сказано выше, является только мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие, различные формы энергии выделяются в соответствии с различными формами движения материи. Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить следующие формы энергии:
энергия макромира — гравитационная или энергия притяжения тел,
энергия взаимодействия тел — механическая,
энергия молекулярных взаимодействий — тепловая,
энергия атомных взаимодействий — химическая,
энергия излучения — электромагнитная,
энергия, заключенную в ядрах атомов, — ядерная.
Гравитационная энергия — энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным гравитационным тяготением. В земных условиях, это, например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли — энергия силы тяжести. Таким образом, энергию, запасенную в водохранилищах гидроэлектростанций, можно отнести к гравитационной энергии.
Механическая энергия — проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах — транспортных и технологических.
Тепловая энергия — энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т. д.).
Химическая энергия — это энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами. Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98 %), но низкой емкостью.
Электромагнитная энергия — это энергия, порождаемая взаимодействием электрического и магнитного полей. Ее подразделяют на электрическую и магнитную энергии. Электрическая энергия — энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).
Электромагнитная энергия проявляется также в виде электромагнитных волн, то есть в виде излучения, включающего видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны. Таким образом, один из видов электромагнитной энергии — это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.
Ядерная энергия — энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).
В эту классификацию несколько не укладываются известные нам со школы понятия потенциальной и кинетической энергии. Современная физика считает, что понятия кинетической и потенциальной энергий (а также энергии диссипации) это не формы, а виды энергии:
Кинетическая энергия — энергия, которой обладают тела вследствие своего движения. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением. Когда тело не движется, кинетическая энергия равна нулю.
Потенциальная энергия — энергия, обусловленная взаимодействием различных тел или частей одного и того же тела. Потенциальная энергия всегда определяется положением тела относительно некоторого источника силы (силового поля).
Энергия диссипации (то есть рассеяния) — переход части энергии упорядоченных процессов в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте — в теплоту.
Дело в том, что каждая из перечисленных выше форм энергии может проявляться в виде потенциальной и кинетической энергии. То есть виды энергии должны трактоваться в обобщенном смысле, ибо они относятся к любой форме движения и, следовательно, к любой форме энергии. Например, имеется кинетическая электрическая энергия, и это не то же самое, что кинетическая механическая энергия. Это кинетическая энергия движения электронов, а не кинетическая энергия механического движения тела. Точно так же потенциальная электрическая энергия это не то же самое, что потенциальная механическая энергия. А химическая энергия складывается из кинетической энергии движения электронов и электрической энергии их взаимодействия друг с другом и с атомными ядрами.
Вообще, насколько я понял при подготовке этого материала, пока не существует общепринятой классификации форм и видов энергии. Впрочем, возможно нам и не нужно до конца разбираться в этих физических понятиях. Важно только помнить, что энергия — это не какая-то реальная материальная субстанция, а только мера, предназначенная для оценки перемещения некоторых форм материи или преобразования одной формы материи в другую.
С понятием энергии и работы неразрывно связано понятие мощности.

Мощность

Мо́щность — физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. В более узком смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.
В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю, делённому на секунду.
Мощность характеризует способность того или иного устройства совершать работу или производить энергию в течение определенного промежутка времени. Связь между мощностью, энергией и временем выражается следующим соотношением:
Киловатт-час (напомним, что это единица измерения энергии) равен количеству энергии, потребляемой (производимой) устройством мощностью один киловатт (единица мощности) в течение одного часа (единица времени).
Отсюда и уже упомянутое выше равенство 1 кВт⋅ч = 1000 Вт ⋅ 3600 с = 3,6·106 Дж = 3,6 МДж.
Из трех рассмотренных на этой странице единиц именно мощность представляет для нас наибольший интерес, поскольку эта величина будет нам встречаться при рассмотрении и сравнении различных ветро- или гидро-генераторов и солнечных панелей. В этих случаях мощность характеризует способность этих устройств производить энергию. И наоборот, указание мощности на многих бытовых электроприборах характеризует потребление энергии этими приборами. Если мы хотим обеспечить некоторую совокупность бытовых приборов энергией, мы должны сопоставить суммарную потребляемую этими приборами мощность с суммарной мощностью, которую можем получить от производителей энергии.
Но подробнее о мощности мы поговорим в следующих статьях, посвященных конкретным видам энергии. И начнем с электрической энергии, рассмотрим, какими величинами характеризуется электричество и в каких единицах оно измеряется.
yarik57522 25-03-2020 Ответить

Каталог предыдущих постов
1. «Возобновляемая энергия. Энергетика устойчивого будущего»
2. Современные мировые тенденции использования энергии
3. Конверсия и эффективность
4. Ископаемое топливо и изменение климата
5. Солнечная энергия: прямое использование
6. Солнечная энергия: косвенное использование
7. Возобновляемые источники энергии без использования энергии Солнца
8. Возобновляемая энергия ближайшего будущего
9. Возможный сценарий развития энергетики до 2020 г.
Для того, чтобы продолжить разговор про возобновляемую энергию, нужно обсудить, что же такое энергия. Продолжаю цитировать перевод оксфордского учебника.
Слово «энергия» происходит от греческих слов en (в) и ergon (работа). Научное понятие энергии служит, чтобы показать общие особенности в разноообразных процессах, таких как горение топлив, движение машин или зарядка батарей. Эти и другие процессы могут быть описаны в разнообразных терминах для разных форм энергии. Например, тепловая энергия (тепло), химическая энергия (в топливах или батарейках), кинетическая энергия (при перемещении тел), электрическая энергия, гравитационная, потенциальная энергия и разные другие.
В 1960 г. научный мир договорился о введении единой системы физических единиц – системе CИ (Системы Интернациолнальных (единиц)). Есть три базовых единицы измерения: метр (м), килограмм (кг) и секунда (с); единицы для измерения других величин получены как их производные. Для некоторых из них полученные единицы, как, например, метр в секунду (м*с-1) (единица скорости), базовые единицы очевидны. Другие были названы собственными именами – например, Ньютон или Джоуль.
Чтобы изменить движение любого объекта, нужна сила. Единица ее измерения из системы СИ – Ньютон (Н), который соответсвует силе, ускоряющей тело массой один килограмма (кг) на метр в секунду за секунду (м*с-2). Таким образом:
Сила (Н) = масса (кг) * ускорение (м*с-2).
В реальном мире сила часто нужна, чтобы перемещать объект с постоянной скоростью, потому, что на объект действуют внешние силы, например, трение.
Каждый раз, когда сила перемещает что-нибудь, на это тратится энергия. Единица энергии, Джоуль (Дж), соответствует энергии, обеспечивающей силу в один Ньютон для перемещения тела на расстояние в 1 метр. Тогда:
Энергия (Дж) = Сила (в Ньютонах) * Расстояние (в метрах)
Понятия «энергия» и «сила» часто используются неофициально, как будто они были синонимическими (например, мощность ветра/энергия ветра), но в научном обсуждении важно их различать. Мощность – понятие, когда энергия превращается из одной формы в другую или перемещает что-либо из одного места в другое. Ее единица – Ватт (Вт). Один Ватт соответствует энергии в один Джоуль за секунду. Например, в 100-Ваттной лампочке накаливания сто Джоулей электрической энергии превращаются в свет (и «сопутствующее» тепло) каждую секунду.
На практике, часто удобно измерить энергию в пределах мощности, используемой в течение определенного периода времени. Если мощность электрического нагревателя составляет 1 кВт, и она измеряется в течение часа, мы говорим, что нагреватель потребил один киловатт-час (кВт*час) энергии. (Приложение A2 объясняет приставки, такие как кило-, мега-, и т.п.). Киловатт равен 1000 Ватт, или 1000 Джоулей за секунду. Так как в часе 3600 секунд, то 1 кВт*час = 3600 * 1000 = 3,6 * 106 Дж (т.е. 3,6 MДж).
Энергия также часто измеряется в пределах количества использованного топлива, например метрические тонны угля или масла. Национальная английская статистика учета энергии часто использует термин «миллион метрической тонны нефтяного эквивалента» (1 млн. т. н.э. = 41,9 МДж).
Закон сохранения энергии: первый закон термодинамики
При любом преобразовании энергии из одной формы в другую количество энергии не изменяется. Этот принцип о неизменности количества энергии описывает Первый закон термодинамики. Из него следует, что если количество энергии на выходе электростанции меньше количества энергии со стороны теплового оборудования на входе, то некоторая часть энергии должны быть превращены в какую-то другую форму (обычно это потери).
Если общее количество энергии всегда одно и то же, тогда может быть речь идет только о ее потреблении? Собственно говоря, мы не можем так сказать: мы только превращаем энергию из одной формы в другие формы. Мы используем топливо, которое является источником легко доступной энергии. Мы сжигаем топливо в двигателях, превращая его сохраненную химическую энергию в тепло, а затем в кинетическую энергию движущегося транспортного средства. Ветротурбина извлекает кинетическую энергию от перемещения воздуха и превращает ее в электрическую энергию, которая может, свою очередь, использоваться, чтобы нагреть нить лампы, превращаясь в энергию света.
Виды энергии
В общем виде все разнообразие форм энергии может быть сведено к четырем видам: кинетическая, гравитационная, электрическая и ядерная.
Первая из них – кинетическая энергия, которой обладают любые движущиеся объекты. Она рассчитывается так:
кинетическая энергия = 0,5 * масса * скорость2
где энергия в джоулях (Дж), масса в килограммах (кг), скорость в метрах в секунду (м*с-1).
Не так очевидно, однако кинетическая энергия в материале определяет его температуру. Вещество состоит из атомов или из молекул, которые состоят из этих атомов. В газе, например, в воздухе, который окружает нас, они движутся свободно. В твердом теле или в жидкости, они формируют условно свободно связанную сеть, в которой каждая частица постоянно вибрирует. Тепловая энергия, или тепло – определенное воплощение кинетической энергии, связанной с этим быстрым случайным движением. Более высокая температура тела определяется более быстрым движением молекул. По шкале температуры Келвина (K), которая принята в настоящее время, ноль К соответствует нулевому молекулярному движению. По используемой более широко шкале измерения температуры Цельсия (°C), ноль соответствует точке замерзания воды, а 100°С соответствует точке кипения воды. Два масштаба связаны простой формулой:
температура (К) = температура (°C) + 273°
Вторая фундаментальная форма энергии – гравитационная энергия. Она определяется гравитационным притяжением объекта к земле. Если объект, например, яблоко, поднять выше головы, то яблоко приобретет потенциальную энергию, вызванную силами гравитации («потенциальная энергия» или «гравитационная энергия»). Существование этой сохраненной энергии станет очевидно, если выпустить яблоко и наблюдать последующее превращение в кинетическую энергию. Гравитационная сила, тянущая объект по направлению к земле, вызвана весом объекта, и равна его массе, m, умноженной на ускорение свободного падения, g (которое равно 9,81 м*с-2). (Следует отметить, что хотя это и общепринятые понятия, вес и массу часто путают в быту, а в науке легко разделяют). Потенциальная энергия (в Дж), определяемая высотой h (в метрах) поднятого над землей тела массой m (в килограммах) равна:
потенциальная энергия = сила * расстояние = вес * высоту = м * g * h
Гравитация – не единственная сила, влияющая на объекты вокруг нас. В масштабах, практически не различимых глазом, от атомов до молекул материала, на тела действуют силы электрической природы; гравитация – незначительная сила на молекулярном уровне. Электрическая энергия, вызванная силами молекулярного уровня, составляет треть от основных форм энергии. Каждый атом может рассматриваться, как облако электрически заряженных частиц, электронов, которые непрерывно движутся вокруг центрального ядра. Когда атомы объединяются в молекулы или твердые материалы, распределение электронов изменяется, часто с существенным эффектом. Поэтому химическая энергия, работающая на атомном уровне, может рассматриваться как форма электрической энергии. Когда сжигают топливо, химическая энергия, которая в нем содержится, превращается в тепловую энергию. По существу, электрическая энергия, созданная перестройкой электронов атомов, превращается в кинетическую энергию молекул продуктов горения.
Наиболее знакомая всем форма электрической энергии – энергия электрического тока – энергия направленных потоков электронов в материале, наблюдается чаще всего металлах. В металлах один или два электрона каждого атома могут отделиться от своего атома и двигаться свободно через решетчатую структуру материала. Эти «свободные электроны» формируют в металлах электрический ток. Чтобы поддерживать устойчивый поток электронов, необходима постоянная подача энергии, т.к. электроны постоянно теряют энергию в столкновениях с металлической решеткой (вот почему провода нагреваются электрическим током). Напряжение (в В) – энергия, необходимая для поддержки тока. Электрическая мощность (в Вт), необходимая для поддержания электрического тока или используемая приборами, равна произведению напряжения (в В) на ток (в А), т.е.:
мощность = напряжение * ток
На обычной электростанции топливо сжигают и используют для получения пара высокого давления, который вращает турбину. Турбина, в свою очередь, вращает электрический генератор, который работает по закону Майкла Фарадея (1832): напряжение индуктируется в витках обмотки в переменном магнитном поле. Соединение витков в кольцо создает электрическую цепь и позволяет течь току. Электрическая энергия может, в свою очередь, быть преобразована в тепло, свет, движение или в любой другой вид энергии, в зависимости от того, что присоединено к цепи. Электричество – удобная промежуточная форма энергии: оно дает возможность превратить энергию, полученную от одного источника, в энергию другого вида, обычно удаленную на некоторое расстояние от источника.
Другая форма электрической энергии передается электромагнитным излучением. Это форма электромагнитной энергии, в которой, например, солнечная энергия достигает Земли. Электромагнитная энергия излучается в больших или меньших количествах каждым объектом. Она передается в виде волны, которая переносит энергию к потребителю через пустое пространство. Длина этой волны характеризует спектр, который разбит на рентгеновские лучи, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, спектр видимого света, радио- и микроволны.
Четвертая и последняя основная форма энергии – энергия, заключенная в ядрах атомов. Она называется ядерной энергией. Технология ее получения, разработанная во время Второй мировой войны для военных целей, впоследствии была использована как управляемая энергия для мирного производства электроэнергии. Атомные электростанции действуют почти на таких же принципах, как тепловые электростанции, за исключением того, что в топках сгорает не ископаемое топливо, а в ядерных реакторах расщепляют атомы урана, и при этом расщеплении выделяется большие количества тепла.
Источник энергии Солнца также ядерного происхождения. Здесь происходит процесс не ядерного деления, а ядерного синтеза, при котором значительное количество атомов водорода создает атомы гелия, производя при этом огромное количества солнечного излучения. Реакторы ядерного синтеза, имитирующие процессы на Солнце, были темой многих десятилетних исследований и серьезных изысканий, но поиски практических решений продолжаются.
Еще один, пятый вид энергии, темная энергия, описан тут.
Также рекомендую пост “Энергия Вселенной”.
Спасибо 1, 2, 3, 4
killerjon 25-03-2020 Ответить

1. Энергия (иногда называемая работой) измеряется в ДЖОУЛЯХ.
1 Джоуль – это энергия, которая выделяется в проводнике при движении по нему тока в 1Ампер под действием напряжения 1Вольт в течение 1секунды. Таким образом,
Джоули = Вольты х Амперы х секунды или, в символьной форме
J =V х l х t.
Пример:
Если от аккумулятора с напряжением 12 Вольт питается лампа передней фары, потребляющая ток 3 Ампера в течение 20 минут, то сколько энергии она израсходует за это время?
Энергия = V x l x t = 12 x 3 x 20 x 60 = 43 200 Джоулей
Джоули редко используются в практической работе с электрическими цепями, однако, интересно отметить, что такая же единица используется и в механике, если расчеты ведутся в системе СИ.
2. Мощность тесно связана с энергией, поскольку она представляет собой скорость расходования энергии. Единицей мощности является ВАТТ.
Ватты = Джоули / секунды
Учитывая, что
Джоули = Вольты х Амперы х секунды
Получаем,
Ватты = Джоули / секунды = Вольты х Амперы
Таким образом, для цепей постоянного тока:
Ватты = Вольты х Амперы.
В приведенном выше примере аккумулятор с напряжением 12В, питающий лампочку током 3А, выдает мощность
W = V x I = 12 x 3 = 36 Ватт.
irokats 25-03-2020 Ответить

а) Энергия электрического тока.
Для создания электрического тока в цепи источник должен обладать необходимой энергией.
Величина этой энергии определяется по формуле:
или
Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч
U – напряжение на зажимах цепи, В.
I – сила тока, А.
R – сопротивление цепи, Ом.
t – время протекания тока, час.

б) мощность электрического тока
Различные источники электрической энергии могут за один и тот же промежуток времени выдавать различное количество электрической энергии.
Способность источника выдавать в единицу времени определенное количество электрической энергии, а потребитель, соответственно, – потреблять эту энергию характеризуется мощностью источника (потребителя).
Значение мощности электрического тока определяется из выражения:
или
Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч
t – время работы источника (потребителя), час.
Р – мощность источника (потребителя), Вт.
U – напряжение, В
I – сила тока, А.
R – сопротивление цепи, Ом.
Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.
Она определяется по формуле:

где: Pобщ – полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, Вт;
Е – э. д. с. источника, В;
I – величина тока в цепи, А.
В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R0 (сопротивлением источника тока).
Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим

Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью Pпол=UI
Величина UoI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, её называют мощностью потерь Po = UoI.
Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь
Pобщ = Pпол + Pо
в) Коэффициент полезного действия электрической цепи
Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η
Из определения следует:

При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.

Рис.13.1 Энергетическая диаграмма электрической цепи
Рассмотрим элементарную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС с внутренним сопротивлением r, и внешним сопротивлением R

Рис.13.2. Схема электрической цепи
КПД определяется как отношение полезной мощности к затраченной:

или

Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.
zwer2020 25-03-2020 Ответить

Оптовый рынок электрической энергии и мощностиОсобенностями ОРЭМ, отличающими его от других рынков, являются: • непрерывность функционирования; • неравномерный график поставок мощности и электроэнергии, в значительной степени зависящий от потребителей. Эта неравномерность определяется жизненными циклами функционирования общества и имеет периоды:…
(Электроэнергетические системы и сети. Энергосбережение)
КОНКУРЕНТНЫЙ ОТБОР ПРОДАВЦОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И МОЩНОСТИ НА ФЕДЕРАЛЬНОМ ОПТОВОМ РЫНКЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И МОЩНОСТИ ФОРЭМ РОССИИНа оптовый рынок электроэнергия поставляется генерирующими компаниями. Генерирующими компаниями могут быть отдельные электростанции или энергосистемы. Покупателями являются энергосистемы или отдельные крупные потребители. Их взаимоотношения определяются на торгах. Отношения купли-продажи зависят от балансов…
(ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ)
Потери энергии и мощности в электрических сетяхТехнологические потери мощности и энергии в электрических сетях являются важным показателем экономичности работы электросетевых компаний. В их состав входят технические потери и потери, обусловленные погрешностью системы учета Министерство промышленности и энергетики Российской Федерации. Приказ от…
(Экономика и управление в энергетике)
Ток, напряжение, ЭДС, энергия и мощность в электрической цепиРаскрытие обозначенной темы начнем с рассмотрения взятого из курса физики понятия об электрическом заряде, поскольку электротехника начинается с него, как жизнь — с клетки. Электрический заряд. Свободные и связанные заряды. Известно, что всякое неорганическое вещество (твердое, жидкое, газообразное)…
(ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ)
Ток, напряжение, ЭДС, энергия и мощность в электрической цепиРаскрытие обозначенной темы начнем с рассмотрения взятого из курса физики понятия об электрическом заряде, поскольку электротехника начинается с него, как жизнь — с клетки. Электрический заряд. Свободные и связанные заряды. Известно, что всякое неорганическое вещество (твердое, жидкое, газообразное)…
(ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ)
Расход энергии и мощности на собственные нужды электростанцийРасход энергии на собственные нужды станции () включает расход электроэнергии котельным, турбинным, электрическим и другими цехами. В технико-экономических расчетах для определения используют коэффициент расхода энергии на собственные нужды: где – суммарный расход электроэнергии механизмами собственных…
(Экономика и управление в энергетике)
Нормирование потерь электрической энергииМетодика, приведенная далее, предназначена для определения потерь при финансовых расчетах между энергосистемами и между энергоснабжающими организациями и потребителями для случаев, когда место установки приборов коммерческого учета электрической энергии не совпадает с границей раздела балансовой принадлежности….
(Электроэнергетические системы и сети. Энергосбережение)
З ТАРИФЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮРынок электроэнергии в настоящее время только формируется, вводя в эту сферу такие понятия, как менеджмент и маркетинг. Анализ тарифных систем в электроэнергетике является одним из важнейших маркетинговых исследований и направлен на решение таких задач, как повышение конкурентоспособности на рынке, поддержание…
(Электроэнергетические системы и сети. Энергосбережение)
КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИКачество электроэнергии (КЭ) наряду с надежностью, безопасностью и экономичностью является одним из обязательных требований, предъявляемых к электрическим сетям потребителей и энергоснабжающих организаций. КЭ характеризуется совокупностью свойств, показателей, нормируемых государственным стандартом ГОСТ…
(Электроэнергетические системы и сети. Энергосбережение)
Polinom10 25-03-2020 Ответить

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) = 1000 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) = 1000 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) = 1000 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 2000 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) = 1000 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 1000 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 1000 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
vbrv 25-03-2020 Ответить

Производные единицы системы СИ Таблица 3
Величина
Наименование
единицы
Обозначение
единицы
Выражение
через удобные
единицы
Выражение
через основные
единицы
Частота
герц
Гц
–
с-1
Сила
ньютон
Н
–
м кг с-2
Давление
паскаль
Па
Н/м2
м-1 кг с-2
Энергия,
работа
джоуль
Дж
Н м
м2 кг с-2
Мощность
ватт
Вт
Дж/с
м2 кг с-3
Количество
электричества
кулон
Кл
–
с А
Электрическое
напряжение
вольт
В
Вт/А
м2 кг с-3А-1
Электрическая
емкость
фарад
Ф
Кл/В
м-2 кг-1 с4 А2
Электрическое
сопротивление
ом
Ом
В/А
м2 кг с-3 А-2
Электрическая проводимость
сименс
См
А/В
м-2 кг-1 с3 А2
Поток магнитной
индукции
вебер
Вб
В·с
м2 кг с-2 А-1
Магнитная
индукция
тесла
Тл
Вб/м2
кг с-2 А-1
Индуктивность
генри
Гн
Вб/А
м2 кг с-2 А-2
Наряду с единицами системы СИ и их производными в специальных областях, в том числе и в энергетике, допускается применение единиц измерения из других систем и даже внесистемных единиц. Так, например, в энергетике для измерения тепловой энергии часто используется калория, имеющая простой физический смысл: за 1 калорию принимается такое количество теплоты, которое повышает температуру 1 грамма воды на 1 градус. Эта единица может рассматриваться как теплоемкость воды, равная 1 кал/(г·град). Из физики известно соотношение калории и джоуля
1 кал=4,187 Дж.
Для измерения электрической энергии повсеместно используется внесистемная единица кВт·ч. Соотношение между кВт·ч и джоулем можно получить используя системную единицу мощности – 1 Ватт:
1 кВт·ч = 103 Вт ·3600 с =3,6 ·106 Дж.
Учитывая предыдущее соотношение можно определить связь между единицами измерения электрической и тепловой энергии
1 кВт·ч = 3,6·106/4187=860 ккал.
Для измерения больших объемов энергии, имеющих промышленное значение, а также больших и малых значений других физических величин используются приставки кратных и дольных единиц, основные из которых с шагом 1000 перечислены в табл. 4.
Приставки кратных и дольных единиц Таблица 4
Приставка
Множитель
Сокращение
русское
международное
тера
1012
Т
T
гига
109
Г
G
мега
106
М
M
кило
103
к
k
милли
10-3
м
m
микро
10-6
мк
µ
нано
10-9
н
n
пико
10-12
п
p
Применение полученных представлений об энергии и единицах измерения позволяет решать некоторые практические задачи по оценке важнейших технико-экономических показателей, которые характеризуют процессы получения и преобразования энергии с использованием в качестве первичных энергоресурсов органического топлива. Важнейшей характеристикой топлива является теплота сгорания, измеряемая в кДж/кг или в ккал/кг и определяющая количество тепловой энергии выделяемой при сгорании 1 кг натурального топлива. Для объективной оценки эффективности процессов выработки энергии на объектах, которые работают на разных видах топлива, вводят понятие условного топлива (у.т.), имеющего фиксированную теплоту сгорания, равную 7000 ккал/кг.
При решении задач будет использоваться понятие коэффициента полезного действия (КПД) как отношения полезной энергии к полной затраченной, и удельного расхода топлива, т.е. расходуемого на единицу полезно отпущенной энергии.
Задача № 2.1.
Сколько воды можно нагреть от температуры to=20 0C до кипения на электроплите при расходе электроэнергии W= 1 кВт·ч , если установка работает с КПД 0=50 %.
AndrianKorol 25-03-2020 Ответить

Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.
Величина
Единица измерения в СИ
Название электрической величины
q
Кл – кулон
заряд
R
Ом – ом
сопротивление
U
В – вольт
напряжение
I
А – ампер
Сила тока (электрический ток)
C
Ф – фарад
Емкость
L
Гн – генри
Индуктивность
sigma
См – сименс
Удельная электрическая проводимость
e0
8,85418781762039*10-12 Ф/м
Электрическая постоянная
φ
В – вольт
Потенциал точки электрического поля
P
Вт – ватт
Мощность активная
Q
Вар – вольт-ампер-реактивный
Мощность реактивная
S
Ва – вольт-ампер
Мощность полная
f
Гц – герц
Частота
Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.
Десятичный множитель
Произношение
Обозначение (русское/международное)
10-30
куэкто
q
10-27
ронто
r
10-24
иокто
и/y
10-21
зепто
з/z
10-18
атто
a
10-15
фемто
ф/f
10-12
пико
п/p
10-9
нано
н/n
10-6
микро
мк/μ
10-3
милли
м/m
10-2
санти
c
10-1
деци
д/d
101
дека
да/da
102
гекто
г/h
103
кило
к/k
106
мега
M
109
гига
Г/G
1012
тера
T
1015
пета
П/P
1018
экза
Э/E
1021
зета
З/Z
1024
йотта
И/Y
1027
ронна
R
1030
куэкка
Q
Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.
Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c
В практике встречаются
1кА = 1000А
1мА = 0,001А
1мкА = 0,000001А
Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).
1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.
1В=1Вт/1А.
В практике встречаются
1кВ = 1000В
1мВ = 0,001В
Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.
1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.
Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:
R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l
где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.
Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.
Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.
I=U/R
Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.
Емкость измеряется в фарадах (1Ф).
1Ф = 1Кл/1В
1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.
В практике встречаются
1пФ = 0,000000000001Ф
1нФ = 0,000000001Ф
Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.
Индуктивность измеряется в генри.
1Гн = (В*с)/А
1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.
В практике встречаются
1мГн = 0, 001Гн
Электрическая проводимость – величина, показывающая способность тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивлению.
Электропроводность измеряется в сименсах.
1См = Ом-1
Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями
ilmirkin 25-03-2020 Ответить

А
Американский терм
Аттоджоуль
Б
Баррель нефтяного эквивалента
Британские тепловые единицы (BTU)
В
Ватт*сек
Ватт*час
Г
Гигаватт-час
Гигаджоуль
Гигатонна нефтяного эквивалента
Гигатонна тринитротолуола
Грамм-сила-метр
Грамм-сила-сантиметр
Д
Джоуль
Дина-сантиметр
Дюйм-унция
Дюйм-фунт
Е
Европейский терм
Единица условного топлива в России
К
Калория
Квад
Килобаррель нефтяного эквивалента
Киловатт*час
Киловатт-секунда
Килограмм тринитротолуола
Килограмм-сила-метр
Килограмм-сила-сантиметр
Килоджоуль
Килокалория
Килопонд-метр
Килотонна тринитротолуола
Килоэлектронвольт
Л
Лошадиная сила*час
М
Мегаватт-час
Мегаджоуль
Мегакалория
Мегатонна нефтяного эквивалента
Мегатонна тринитротолуола
Мегаэлектронвольт
Метр-килограмм
Микроджоуль
Миллиард баррелей нефтяного эквивалента
Миллиджоуль
Миллион BTU
Н
Наноджоуль
Ньютон-метр
П
Паундаль-фут
Пищевая калория
Планковская энергия
Т
Терм
Термохимическая килокалория
Тонна нефтяного эквивалента
Тонна охлаждения-час
Тонна тринитротолуола
Тротила килограмм (метрический)
Тротила тонна (метрическая)
Тротила тонна (американская)
У
Унция-сила-дюйм
Ф
Фунт-сила-дюйм
Фунт-сила-фут
Фут (poundal)
Фут фунт-сила
Фут-фунт
Э
Эквивалент барреля нефти
Эквивалент гигатонны нефти
Эквивалент килобарреля нефти
Эквивалент мегатонны нефти
Эквивалент миллиарда баррелей (мегабарреля) нефти
Эквивалент тонны (килолитра) нефти
Электронвольт
Энергия Хартри
Эрг
VideoAnswer 25-03-2020 Ответить
VideoAnswer 25-03-2020 Ответить
VideoAnswer 25-03-2020 Ответить
VideoAnswer 25-03-2020 Ответить

Что такое энергия и мощность в каких единицах они измеряются?

14 ответов на вопрос “Что такое энергия и мощность в каких единицах они измеряются?”

Добавить ответ Отменить ответ