Ισχύς που καταναλώνεται

Η εξουσία είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται σε καθημερινή βάση σε διαφορετικές πτυχές της ζωής. Γενικά, θεωρείται συνώνυμο της δύναμης ή της ενέργειας. Φανταστείτε ότι υπάρχουν δύο φίλοι και το ποδήλατο ενός ατόμου έχει πολύ περισσότερη δύναμη από του άλλου. Τι σημαίνει αυτό συγκεκριμένα; Αν νομίζετε ότι είναι η δύναμη, η ταχύτητα ή το βάρος του ποδηλάτου, κάνετε εντελώς λάθος.

Ας ξεκινήσουμε και ας καταλάβουμε τι σημαίνει δύναμη στην επιστήμη.

Ορισμός ισχύος

Η ισχύς ορίζεται ως ο λόγος της εργασίας προς τον συνολικό χρόνο που απαιτείται. Αυτός είναι ο τυπικός ορισμός της ισχύος, αλλά μπορούμε να τον ορίσουμε με διάφορες μορφές.

Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται από το μηχάνημα για να λειτουργήσει μπορεί να ονομαστεί ισχύς του μηχανήματος.

Μπορεί επίσης να οριστεί ως εξής:

Η ισχύς είναι ο ρυθμός με τον οποίο καταναλώνεται ενέργεια.

Μονάδα ισχύος

Η τυπική μονάδα μέτρησης ισχύος είναι τα watt (W).

Μετριέται σε watt με τη βοήθεια του τύπου P=QV/t. Ομοίως, είναι το ηλεκτρικό φορτίο σε Q κουλόμπ και η τάση σε V με χρόνο σε t δευτερόλεπτα. Η λύση αυτής της εξίσωσης θα δώσει την τιμή της ισχύος σε watt W.

Μια άλλη μονάδα ισχύος είναι η ιπποδύναμη (hp).

Πρέπει να έχετε παρατηρήσει ότι αυτή η μονάδα ισχύος χρησιμοποιείται συχνά σε αυτοκίνητα, μοτοσικλέτες, αυτοκίνητα κ.λπ.

1 hp =746 W

Μέτρηση ισχύος

Όπως έχουμε συζητήσει, σύμφωνα με τον τυπικό ορισμό της ισχύος, ο τύπος της ισχύος είναι ο εξής:

P =  W/t

Δηλαδή, η ποσότητα της εργασίας που γίνεται διαιρείται με τον συνολικό χρόνο που απαιτείται σε δευτερόλεπτα.

Αυτό σημαίνει ότι ένα watt ισούται με ένα joule εργασίας που γίνεται ανά δευτερόλεπτο.

P =∆E/∆t

Στον παραπάνω τύπο, ΔE είναι η μεταβολή της ενέργειας που μετριέται σε τζάουλ και Δt είναι ο συνολικός χρόνος που λαμβάνεται σε δευτερόλεπτα.

Σε διαφορετικούς τύπους κυκλωμάτων που έχουν αντίσταση, η ισχύς μετράται χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm.

P =I2×R =V2/R

Στους παραπάνω τύπους, "I" είναι το ρεύμα στο κύκλωμα, V είναι η τάση και R είναι η αντίσταση στο κύκλωμα.

Ωστόσο, η ισχύς δεν είναι σταθερή όλη την ώρα. Διαφέρει και σε αυτήν την κατάσταση, οι παραπάνω τύποι δεν θα λειτουργήσουν. Επομένως, οι τύποι ισχύος σε αυτήν την κατάσταση είναι οι εξής:

P(t) =I(t) × V(t)

Εδώ, I είναι το ρεύμα και V είναι η τάση στο κύκλωμα.

Τύποι ισχύος

Η ισχύς μπορεί να εκφραστεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους.

1. Μέση ισχύς – Η ισχύς λέγεται ότι είναι η μέση ισχύς όταν μετράται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Υπολογίζεται γραφικά από την περιοχή κάτω από την καμπύλη ισχύος έναντι χρόνου διαιρεμένη με τον συνολικό χρόνο.
2. Στιγμιαία ισχύς – Όταν η ισχύς μετράται για μια δεδομένη χρονική στιγμή, τότε λέγεται ότι είναι στιγμιαία ισχύς. Με αυτόν τον τρόπο, το Δt στον τύπο της ισχύος είναι πολύ χαμηλό. Μετριέται με τη βοήθεια ενός γραφήματος ισχύος έναντι χρόνου.
3. Ισχύς αιχμής – Είναι η μέγιστη τιμή ισχύος που μετράται σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Διαφορά μεταξύ ισχύος και ενέργειας

Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε τη διαφορά μεταξύ ισχύος και ενέργειας. Αυτό συμβαίνει επειδή οι άνθρωποι συνήθως μπερδεύονται μεταξύ των δύο και καταλήγουν να θεωρούν ότι είναι το ίδιο.

Η ενέργεια είναι κάτι που δεν μπορεί να γίνει αισθητό ή να αγγίξει, αλλά μπορεί να βιωθεί όταν μεταφέρεται από το ένα μέρος στο άλλο ή από τη μια μορφή στην άλλη.

Και αν καταλαβαίνετε τα βασικά της ενέργειας, τότε η ισχύς είναι απλή:ο ρυθμός με τον οποίο η ενέργεια μεταφέρεται από το ένα μέρος στο άλλο.

Η τυπική μονάδα ενέργειας είναι το joule και η τυπική μονάδα ισχύος είναι τα watt. Μπορούμε λοιπόν να πούμε ότι το watt είναι ίσο με joule ανά δευτερόλεπτο.

Ας πάρουμε ένα παράδειγμα.

Ας υποθέσουμε ότι χρησιμοποιείτε το φορητό υπολογιστή σας και καταναλώνει 20 τζάουλ ανά δευτερόλεπτο. Τότε η ισχύς του φορητού υπολογιστή εκείνη τη στιγμή θα είναι 20 watt.

Ενέργεια που καταναλώνεται από το κύκλωμα AC

Όταν πρόκειται για την κατανάλωση ρεύματος σε ένα κύκλωμα AC, μετριέται διαφορετικά.

Η ισχύς σε ένα κύκλωμα AC μπορεί να οριστεί ως η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από το κύκλωμα ανά δευτερόλεπτο.

Συντελεστής ισχύος

Σε αυτή την περίπτωση, ο συντελεστής ισχύος ορίζεται ως ο λόγος της πραγματικής ισχύος σε σχέση με τη φαινόμενη ισχύ. Ο συντελεστής ισχύος πέφτει στην περιοχή από 0 έως 1. Αυτό σημαίνει ότι ο συντελεστής ισχύος είναι πάντα θετικός, αλλά και όχι περισσότερο από 1.

Ο συντελεστής ισχύος συμβολίζεται με cos 𝛉 =R/Z

Εδώ R είναι η αντίσταση στο κύκλωμα και το Z, όπως γνωρίζουμε, είναι η σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος.

Η τιμή του συντελεστή ισχύος, δηλ. cos 𝛉 =1 όταν η αντίσταση είναι καθαρή. Αλλά όταν ο πυκνωτής είναι καθαρός ή ο επαγωγέας είναι καθαρός, η τιμή του cos 𝛉 είναι 0.

Σημαντικές φόρμουλες που πρέπει να θυμάστε

Κατανάλωση ενέργειας για κύκλωμα RC:

cos 𝛉 =R /( √R + 1/ ⍵C)

Κατανάλωση ισχύος για κύκλωμα LR:

cos 𝛉 =R /√R + L⍵

Κατανάλωση ισχύος για κύκλωμα LCR:

cos 𝛉 =R /√R + (L⍵ – 1/C⍵)

Συμπέρασμα

Σε αυτό το άρθρο, έχουμε συζητήσει την ισχύ και την κατανάλωσή της. Η τυπική μονάδα ισχύος είναι τα watt και είναι η αναλογία της εργασίας που έχει γίνει και ο συνολικός χρόνος που απαιτείται. Έχουμε επίσης συζητήσει διαφορετικούς τρόπους υπολογισμού ισχύος σε διαφορετικές πτυχές, όπως για κυκλώματα RC, LR και LCR. Η διαφορά μεταξύ ισχύος και ενέργειας πρέπει να είναι ξεκάθαρη τώρα, καθώς η ισχύς είναι απλώς ο ρυθμός μεταφοράς ενέργειας.