Elektrisch vermogen

elektrisch vermogen wordt omgezet in andere vormen van energie wanneer elektrische ladingen door een elektrisch potentiaalverschil (spanning) bewegen, dat optreedt in elektrische componenten in elektrische circuits., Uit het oogpunt van elektrische energie kunnen componenten in een elektrische schakeling in twee categorieën worden onderverdeeld:

passieve apparaten (belastingen)Edit

wanneer elektrische ladingen door een potentiaalverschil van een hogere naar een lagere spanning bewegen, dat wil zeggen wanneer de conventionele stroom (positieve lading) van de positieve (+) aansluiting naar de negatieve (−) aansluiting beweegt, wordt het werk gedaan door de ladingen op het apparaat. De potentiële energie van de ladingen als gevolg van de spanning tussen de terminals wordt omgezet in kinetische energie in het apparaat., Deze apparaten worden passieve componenten of belastingen genoemd; ze “verbruiken” elektrische energie uit het circuit en zetten het om in andere vormen van energie zoals mechanische arbeid, warmte, licht, enz. Voorbeelden zijn elektrische apparaten, zoals gloeilampen, elektromotoren en elektrische kachels. In wisselstroom (AC) circuits keert de richting van de spanning periodiek om, maar de stroom stroomt altijd van de hogere potentiaalzijde naar de lagere potentiaalzijde.,

actieve apparaten (stroombronnen)bewerken

als de ladingen door een “externe kracht” door het apparaat worden verplaatst in de richting van het lagere elektrische potentiaal naar het hogere (dus de positieve lading beweegt van de negatieve naar de positieve terminal), zullen de ladingen worden uitgevoerd en energie wordt omgezet in elektrische potentiële energie van een ander type energie, zoals mechanische energie of chemische energie., Apparaten waarin dit gebeurt worden actieve apparaten of stroombronnen genoemd, zoals elektrische generatoren en batterijen. Sommige apparaten kunnen ofwel een bron of een belasting, afhankelijk van de spanning en stroom door hen. Bijvoorbeeld, een oplaadbare batterij fungeert als een bron wanneer het stroom levert aan een circuit, maar als een belasting wanneer het is aangesloten op een acculader en wordt opgeladen, of een generator als een energiebron en een motor als een belasting.,

Passive sign conventionEdit

omdat elektrische energie in of uit een onderdeel kan stromen, is een conventie nodig waarvoor de richting een positieve stroom vertegenwoordigt. Elektrisch vermogen dat uit een circuit naar een onderdeel stroomt, wordt willekeurig gedefinieerd als een positief teken, terwijl elektrisch vermogen dat vanuit een onderdeel naar een circuit stroomt, wordt gedefinieerd als een negatief teken. Passieve componenten hebben dus een positief stroomverbruik, terwijl stroombronnen een negatief stroomverbruik hebben. Dit wordt de passive sign convention genoemd.,

resistieve circuits edit

in het geval van resistieve (ohmische, of lineaire) belastingen, kan de wet van Joule worden gecombineerd met de wet van Ohm (V = I·R) om alternatieve uitdrukkingen te produceren voor de hoeveelheid vermogen die wordt afgevoerd:

P = I V = i 2 R = V 2 R , {\displaystyle P=IV=i^{2}R={\frac {V^{2}}{R}},}

waarbij r de elektrische weerstand is.

wisselstroom

in wisselstroomcircuits kunnen energieopslagelementen zoals inductie en capaciteit resulteren in periodieke omkeringen van de richting van de energiestroom., Het deel van de vermogensstroom dat, gemiddeld over een volledige cyclus van de WISSELSTROOMGOLF, resulteert in netto-overdracht van energie in één richting staat bekend als reëel vermogen (ook wel actief vermogen genoemd). Dat deel van de stroom door opgeslagen energie, dat terugkeert naar de bron in elke cyclus, staat bekend als reactief vermogen., r m s cos ⁡ θ {\displaystyle P={1 \over {\sqrt {2}}}V_{p}I_{p}\cos \theta =V_{\rm {rms}}I_{\rm {rms}}\cos \theta \,}

waar

Vp is de piek spanning in volt Ip is de maximale stroomsterkte in ampère Vrms is de root-mean-square spanning in volt Irms is de root-mean-square in ampère θ is de fasehoek tussen stroom en spanning sinusgolven

De relatie tussen vermogen reactief vermogen schijnbaar vermogen kan worden uitgedrukt door het vertegenwoordigen van de hoeveelheden als vectoren., Reële kracht wordt weergegeven als een horizontale vector en reactieve kracht wordt weergegeven als een verticale vector. De schijnbare vermogensvector is de hypotenusa van een rechthoekige driehoek gevormd door het verbinden van de reële en reactieve vermogensvectoren. Deze voorstelling wordt vaak de machtsdriehoek genoemd.,arent kracht)}}^{2}={\mbox{(real power)}}^{2}+{\mbox{(reactive power)}}^{2}}

Real en reactievermogen kan ook berekend worden rechtstreeks vanuit het schijnbare vermogen, wanneer de stroom en spanning zijn zowel sinusoids met een bekende fase hoek θ tussen hen in:

(werkelijk vermogen) = (schijnbaar vermogen) cos ⁡ θ {\displaystyle {\mbox{(werkelijk vermogen)}}={\mbox{(schijnbaar vermogen)}}\cos \theta } (reactive power) = (schijnbaar vermogen) sin ⁡ θ {\displaystyle {\mbox{(reactive power)}}={\mbox{(schijnbaar vermogen)}}\sin \theta }

De verhouding van de reële macht aan het schijnbare vermogen is genaamd power factor en is een getal tussen 0 en 1., Waar de stromen en spanningen niet-sinusoïdale vormen hebben, wordt de arbeidsfactor gegeneraliseerd om de effecten van vervorming te omvatten.

elektromagnetische veldsedit

Elektrische energiestromen overal waar elektrische en magnetische velden samen bestaan en op dezelfde plaats fluctueren., Het eenvoudigste voorbeeld hiervan is in elektrische circuits, zoals het vorige hoofdstuk liet zien. In het algemeen moet echter de eenvoudige vergelijking P = IV worden vervangen door een complexere berekening, de integraal van het dwarsproduct van de elektrische en magnetische veldvectoren over een bepaald gebied, dus:

P = S S ( E × H ) ⋅ d A . {\displaystyle P= \ int _{s} (\mathbf {E} \ times \ mathbf {H}) \cdot \mathbf {dA} .\ ,}

het resultaat is een scalair omdat het de oppervlakte-integraal van de Poynteervector is.