Ciljevi lekcije:
- Upoznajte snagu kao novu fizičku veličinu;
- Razviti sposobnost izvođenja formula koristeći neophodna znanja iz prošlih lekcija; razvijati logičko razmišljanje, sposobnost analiziranja, izvođenja zaključaka;
- Primijenite znanje fizike u svijetu oko sebe.
Tokom nastave
“I vječna bitka! Počivaj samo u našim snovima
Kroz krv i prašinu...
Stepska kobila leti, leti
I perjanica se gužva...
I nema kraja! Milje i strmine bljeskaju...
Zaustavi to! ...Nema mira! Stepska kobila galopira!”A. Blok “Na Kulikovom polju” (jun 1908). (Slajd 1).
Danas želim započeti lekciju pitanjima za vas. (Slajd 2).
1. Mislite li da konj ima veze s fizikom?
2. Za koju fizičku veličinu povezuje konj?
Snaga– tako je, ovo je tema naše lekcije. Hajde da to zapišemo u svesku.
Zaista, snaga motora automobila i vozila se još uvijek mjeri u konjskim snagama. Danas ćemo u lekciji naučiti sve o snazi sa stanovišta fizike. Hajde da razmislimo zajedno i utvrdimo šta treba da znamo o moći kao fizičkoj veličini.
Postoji plan za proučavanje fizičkih veličina: (Slajd 3).
- Definicija;
- Vektor ili skalar;
- Slovna oznaka;
- Formula;
- Mjerni uređaj;
- Jedinica veličine.
Ovaj plan će biti cilj naše lekcije.
Počnimo s primjerom iz stvarnog života. Morate prikupiti bure vode za zalijevanje biljaka. Voda je u bunaru. Imate izbor: sakupljati pomoću kante ili pomoću pumpe. Da vas podsjetim da će u oba slučaja obavljeni mehanički rad biti isti. Naravno, većina vas će izabrati pumpu.
Pitanje: Koja je razlika kada radite isti posao?
odgovor: Pumpa će brže obaviti ovaj posao, tj. trebaće manje vremena.
1) Fizička veličina koja karakteriše brzinu rada naziva se snaga. (Slajd 4).
2) Skalar, jer nema pravac.
5) [N] = [1 J/s] =
Naziv ove jedinice snage dat je u čast engleskog izumitelja parne mašine (1784.), James Watt. (Slajd 5).
6) 1 W = snaga pri kojoj se 1 J rad obavlja u 1 s (Slajd 6).
Avioni, automobili, brodovi i druga vozila često se kreću konstantnom brzinom. Na primjer, autoputem se automobil može kretati brzinom od 100 km/h prilično dugo (Slajd 7).
Pitanje: od čega zavisi brzina kretanja takvih tijela?
Ispostavilo se da to direktno ovisi o snazi motora automobila.
Poznavajući formulu snage, izvešćemo još jednu, ali za to se prisjetimo osnovne formule za mehanički rad.
Učenik ide do ploče da izvede formulu. (Slajd 8).
Neka se sila poklapa u smjeru sa brzinom tijela. Zapišimo formulu za rad ove sile.
1.
2. Pri konstantnoj brzini kretanja, tijelo putuje putem koji je određen formulom
Zamijenite u originalnu formulu snage: , dobijamo
- moć.
Dobili smo još jednu formulu za izračunavanje snage koju ćemo koristiti pri rješavanju zadataka.
Snaga je uvijek navedena u pasošu tehničkog uređaja. A u modernim tehničkim pasošima automobila postoji stupac:
Snaga motora: kW/hp
Dakle, postoji odnos između ovih jedinica moći.
Pitanje: Odakle ova jedinica snage? (Slajd 11).
J. Watt je došao na ideju mjerenja mehaničke snage u "konjskim snagama". Jedinica za snagu koju je predložio bila je veoma popularna, ali je 1948. godine Generalna konferencija za tegove i mere uvela novu jedinicu snage u međunarodni sistem jedinica - vat. (Slajd 12).
1 hp = 735,5 W.
1 W = .00013596 hp
Primjeri snage modernih automobila. (Slajd 13,14).
Različiti motori imaju različite nazivne snage.
Udžbenik, strana 134, tabela 5.
Pitanje: Koja je moć osobe?
Tekst iz udžbenika, § 54. Ljudska snaga u normalnim uslovima rada u proseku iznosi 70-80 W. Prilikom skakanja ili trčanja uz stepenice, osoba može razviti snagu do 730 W, au nekim slučajevima i više.
Pitanje: Po čemu se "živi motori" razlikuju od mehaničkih? (Slajd 15).
odgovor:Činjenica da "živi motori" mogu promijeniti svoju snagu nekoliko puta.
Učvršćivanje materijala.
1. Recite sve što znate o moći. Odgovorite prema planu za proučavanje fizičke veličine.
Odgovor: N ≈ 2,9 kW.
- § 54.
- Napišite formule za snagu u tablicu formula.
- Pr. 29 (2,5) – 1 nivo.
- Pr. 29 (1.3) – nivo 2.
- Pr. 29 (1.4) – 3. nivo.
- Zadatak 18 – za dodatno ocjenjivanje (na papirima).
književnost:
- A.V. Peryshkin „Udžbenik fizike za 7. razred“, Bustard, Moskva, 2006.
- A. Blok “Na Kulikovom polju.”
- 1C: Školska fizika 7. razred
Trenutna snaga je proizvod trenutnih vrijednosti napona i struje u bilo kojem dijelu električnog kola.
DC napajanje
Budući da su vrijednosti struje i napona konstantne i jednake trenutnim vrijednostima u bilo kojem trenutku, snaga se može izračunati pomoću formule:
P = I ⋅ U (\displaystyle P=I\cdot U) .Za pasivno linearno kolo u kojem se poštuje Ohmov zakon možemo napisati:
P = I 2 ⋅ R = U 2 R (\displaystyle P=I^(2)\cdot R=(\frac (U^(2))(R))), Gdje R (\displaystyle R)- električni otpor.Ako krug sadrži EMF izvor, tada je električna snaga koju daje ili apsorbira jednaka:
P = I ⋅ E (\displaystyle P=I\cdot (\mathcal (E))), Gdje E (\displaystyle (\mathcal (E)))- EMF.Ako je struja unutar EMF-a suprotna od gradijenta potencijala (teče unutar EMF-a od plusa do minusa), tada snagu apsorbira izvor EMF-a iz mreže (na primjer, kada električni motor radi ili se puni baterija), ako je kosmjeran (teče unutar EMF-a od minusa do plusa), onda ga izvor ispušta u mrežu (recimo, kada radi galvanska baterija ili generator). Kada se uzme u obzir unutrašnji otpor EMF izvora, snaga koja se oslobađa na njemu p = I 2 ⋅ r (\displaystyle p=I^(2)\cdot r) dodati onome što je apsorbirano ili oduzeto od onoga što je dato.
AC napajanje
U AC krugovima, formula za istosmjernu snagu može se koristiti samo za izračunavanje trenutne snage, koja uvelike varira tokom vremena i nije baš direktno korisna za većinu jednostavnih praktičnih proračuna. Direktno izračunavanje prosječne snage zahtijeva integraciju tokom vremena. Za izračunavanje snage u krugovima u kojima napon i struja periodično variraju, prosječna snaga se može izračunati integracijom trenutne snage tokom perioda. U praksi je od najveće važnosti proračun snage u kolima naizmjeničnog sinusnog napona i struje.
Da bismo povezali pojmove ukupne, aktivne, jalove snage i faktora snage, zgodno je obratiti se teoriji kompleksnih brojeva. Možemo pretpostaviti da je snaga u kolu naizmjenične struje izražena kompleksnim brojem tako da je aktivna snaga njen stvarni dio, jalova snaga njen imaginarni dio, ukupna snaga je njen modul, a kut (fazni pomak) je njegov argument. Za takav model ispostavljaju se da su sve dole napisane relacije validne.
Aktivna snaga
SI jedinica mjerenja je vat.
Prosjek za period T (\displaystyle T) vrijednost trenutne snage naziva se aktivna električna snaga ili električna snaga: P = 1 T ∫ 0 T p (t) d t (\displaystyle P=(\frac (1)(T))\int \limits _(0)^(T)p(t)dt). U jednofaznim sinusoidnim strujnim krugovima P = U ⋅ I ⋅ cos φ (\displaystyle P=U\cdot I\cdot \cos \varphi ), Gdje U (\displaystyle U) I ja (\displaystyle I)- efektivne vrijednosti napona i struje, φ (\displaystyle \varphi )- ugao faznog pomaka između njih. Za strujna kola koja nisu sinusoidna, električna snaga je jednaka zbroju odgovarajućih prosječnih snaga pojedinačnih harmonika. Aktivna snaga karakterizira brzinu ireverzibilne konverzije električne energije u druge vrste energije (toplotnu i elektromagnetnu). Aktivna snaga se također može izraziti u smislu struje, napona i aktivne komponente otpora kola r (\displaystyle r) ili njegovu provodljivost g (\displaystyle g) prema formuli P = I 2 ⋅ r = U 2 ⋅ g (\displaystyle P=I^(2)\cdot r=U^(2)\cdot g). U bilo kojem električnom kolu i sinusoidalne i nesinusoidalne struje, aktivna snaga cijelog kola jednaka je zbroju aktivnih snaga pojedinih dijelova kola; za trofazna kola, električna snaga se definira kao zbir snaga pojedinih faza. Punom snagom S (\displaystyle S) aktivno je povezano relacijom P = S ⋅ cos φ (\displaystyle P=S\cdot \cos \varphi ).
.
Var se definiše kao reaktivna snaga kola sa sinusoidnom izmjeničnom strujom pri efektivnim vrijednostima napona 1 V i struje 1 A, ako je fazni pomak između struje i napona π 2 (\displaystyle (\frac (\pi )(2))) .
Reaktivna snaga je veličina koja karakterizira opterećenja koja nastaju u električnim uređajima fluktuacijama energije elektromagnetnog polja u strujnom kolu sinusoidne naizmjenične struje, jednaka proizvodu efektivnih vrijednosti napona U (\displaystyle U) i struja ja (\displaystyle I), pomnoženo sa sinusom faznog ugla φ (\displaystyle \varphi ) između njih: Q = U ⋅ I ⋅ sin φ (\displaystyle Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi )(ako struja zaostaje za naponom, fazni pomak se smatra pozitivnim, ako vodi, smatra se negativnim). Reaktivna snaga je povezana s prividnom snagom S (\displaystyle S) i aktivna snaga P (\displaystyle P) omjer: | Q | = S 2 − P 2 (\displaystyle |Q|=(\sqrt (S^(2)-P^(2)))).
Fizičko značenje reaktivne snage je energija koja se pumpa od izvora do reaktivnih elemenata prijemnika (induktori, kondenzatori, namotaji motora), a zatim ih ti elementi vraćaju nazad u izvor tokom jednog perioda oscilovanja, koji se odnosi na ovaj period.
Treba napomenuti da je vrijednost za vrijednosti φ (\displaystyle \varphi ) 0 do plus 90° je pozitivna vrijednost. Magnituda sin φ (\displaystyle \sin \varphi ) za vrijednosti φ (\displaystyle \varphi ) 0 do −90° je negativna vrijednost. Prema formuli Q = U I sin φ (\displaystyle Q=UI\sin \varphi ), reaktivna snaga može biti ili pozitivna vrijednost (ako je opterećenje aktivno-induktivne prirode) ili negativna (ako je opterećenje aktivno-kapacitivno po prirodi). Ova okolnost naglašava činjenicu da reaktivna snaga ne sudjeluje u radu električne struje. Kada uređaj ima pozitivnu reaktivnu snagu, uobičajeno je reći da je troši, a kada proizvodi negativnu snagu, proizvodi, ali to je čisto konvencija zbog činjenice da većina uređaja koji troše energiju (npr. asinhroni motori) ), kao i čisto aktivna opterećenja, povezana su preko transformatora, aktivno-induktivna.
Sinhroni generatori instalirani u elektranama mogu i proizvoditi i trošiti reaktivnu snagu ovisno o veličini uzbudne struje koja teče u namotaju rotora generatora. Zbog ove osobine sinhronih električnih mašina, reguliše se navedeni nivo napona mreže. Za uklanjanje preopterećenja i povećanje faktora snage električnih instalacija provodi se kompenzacija jalove snage.
Upotreba modernih električnih mjernih pretvarača baziranih na mikroprocesorskoj tehnologiji omogućava precizniju procjenu količine energije koja se vraća iz induktivnog i kapacitivnog opterećenja na izvor naizmjeničnog napona.
Puna moć
SI jedinica mjerenja je vat. Osim toga, koristi se i vansistemska jedinica volt-amper(ruska oznaka: VA; međunarodni: V·A). U Ruskoj Federaciji, ova jedinica je odobrena za upotrebu kao nesistemska jedinica bez vremenskog ograničenja s poljem primjene „elektrotehnika“.
Prividna snaga - vrijednost jednaka proizvodu efektivnih vrijednosti periodične električne struje ja (\displaystyle I) u kolu i naponu U (\displaystyle U) na svojim stezaljkama: S = U ⋅ I (\displaystyle S=U\cdot I); je povezan s aktivnom i jalovom snagom omjerom: S = P 2 + Q 2 , (\displaystyle S=(\sqrt (P^(2)+Q^(2))),) Gdje P (\displaystyle P)- aktivna snaga, Q (\displaystyle Q)- reaktivna snaga (sa induktivnim opterećenjem Q > 0 (\displaystyle Q>0), i sa kapacitivnim Q< 0 {\displaystyle Q<0} ).
Vektorski odnos između ukupne, aktivne i jalove snage izražava se formulom: S⟶ = P⟶ + Q⟶. (\displaystyle (\stackrel (\longrightarrow )(S))=(\stackrel (\longrightarrow )(P))+(\stackrel (\longrightarrow )(Q)).)
Ukupna snaga ima praktičan značaj, jer se veličina koja opisuje opterećenja koja potrošač stvarno nameće elementima napojne mreže (žice) može zapisati u složenom obliku:
S ˙ = U ˙ I ˙ ∗ = I 2 Z = U 2 Z ∗ , (\displaystyle (\dot (S))=(\dot (U))(\dot (I))^(*)=I^ (2)\mathbb (Z) =(\frac (U^(2))(\mathbb (Z) ^(*))),) Gdje U ˙ (\displaystyle (\dot (U)))- složeni stres, I ˙ (\displaystyle (\dot (I)))- kompleksna struja, Z (\displaystyle \mathbb (Z) )- impedansa, * - operator kompleksne konjugacije.Kompleksni energetski modul | S˙ | (\displaystyle \left|(\dot (S))\right|) jednaka punoj snazi S (\displaystyle S). Pravi deo R e (S ˙) (\displaystyle \mathrm (Re) ((\dot (S)))) jednaka aktivnoj snazi P (\displaystyle P), i imaginarno I m (S ˙) (\displaystyle \mathrm (Im) ((\dot (S)))) U tabeli su prikazane vrijednosti snage nekih električnih potrošača:
Električni uređaj | Snaga, W |
---|---|
Sijalica za baterijsku lampu | 1 |
Mrežni ruter, čvorište | 10…20 |
PC sistemska jedinica | 100…1700 |
Sistemska jedinica servera | 200…1500 |
PC Monitor CRT | 15…200 |
Monitor za PC LCD | 2…40 |
Kućna fluorescentna lampa | 5…30 |
Lampa sa žarnom niti za domaćinstvo | 25…150 |
Kućni frižider | 15…700 |
Električni usisivač | 100… 3000 |
Električno glačalo | 300…2 000 |
Veš mašina | 350…2 000 |
Električni štednjak | 1 000…2 000 |
Kućni aparat za zavarivanje | 1 000…5 500 |
Motor lifta niske zgrade | 3 000…15 000 |
Tramvajski motor | 45 000…50 000 |
Motor električne lokomotive | 650 000 |
Elektromotor mašine za dizanje mina | 1 000 000…5 000 000 |