Elektrisk effekt

elektrisk effekt omvandlas till andra former av energi när elektriska laddningar rör sig genom en elektrisk potentialskillnad (spänning), som förekommer i elektriska komponenter i elektriska kretsar., Ur elektrisk effekt kan komponenter i en elektrisk krets delas in i två kategorier:

passiva enheter (laster)redigera

När elektriska laddningar rör sig genom en potentiell skillnad från en högre till en lägre spänning, det vill säga när konventionell ström (positiv laddning) rör sig från den positiva (+) terminalen till den negativa (−) terminalen, görs arbetet med laddningarna på enheten. Den potentiella energin hos laddningarna på grund av spänningen mellan terminalerna omvandlas till kinetisk energi i enheten., Dessa enheter kallas passiva komponenter eller belastningar; de ”förbrukar” elkraft från kretsen, omvandlar den till andra former av energi, såsom mekaniskt arbete, värme, ljus etc. Exempel är elektriska apparater, såsom glödlampor, elmotorer och elektriska värmare. I växelströmskretsar (AC) vänder spänningsriktningen periodiskt, men strömmen strömmar alltid från den högre potentialen till den nedre potentiella sidan.,

aktiva enheter (strömkällor)redigera

om laddningarna flyttas av en ”yttre kraft” genom enheten i riktning från den lägre elektriska potentialen till den högre, (så positiv laddning rör sig från den negativa till den positiva terminalen), arbete kommer att göras på laddningarna, och energi omvandlas till elektrisk potential energi från någon annan typ av energi, såsom mekanisk energi eller kemisk energi., Enheter där detta inträffar kallas aktiva enheter eller strömkällor; såsom elektriska generatorer och batterier. Vissa enheter kan vara antingen en källa eller en belastning, beroende på spänning och ström genom dem. Till exempel fungerar ett uppladdningsbart batteri som en källa när det ger ström till en krets, men som en belastning när den är ansluten till en batteriladdare och laddas, eller en generator som en strömkälla och en motor som en belastning.,

passiv skylt conventionEdit

eftersom elkraft kan strömma antingen in i eller ut ur en komponent, behövs en konvention för vilken riktning representerar positivt effektflöde. Elkraft som strömmar ut ur en krets till en komponent definieras godtyckligt för att ha ett positivt tecken, medan ström som strömmar in i en krets från en komponent definieras för att ha ett negativt tecken. Således har passiva komponenter positiv strömförbrukning, medan strömkällorna har negativ strömförbrukning. Detta kallas den passiva skyltkonventionen.,

resistiv circuitsEdit

vid resistiv (ohmsk eller linjär) belastning kan Joule lag kombineras med Ohms lag (V = I·R) för att producera alternativa uttryck för den mängd kraft som försvinner:

p = i v = i 2 r = v 2 R, {\displaystyle P=IV=i^{2}r={\frac {V^{2}}{r}},}

där R är det elektriska motståndet.

alternerande ström

i växelströmskretsar kan energilagringselement som induktans och kapacitans resultera i periodiska vändningar av energiflödesriktningen., Den del av strömflödet som, i genomsnitt över en komplett cykel av AC-vågformen, resulterar i nettoöverföring av energi i en riktning är känd som verklig kraft (även kallad aktiv effekt). Den delen av strömflödet på grund av lagrad energi, som återgår till källan i varje cykel, kallas reaktiv effekt., r m s cos θ {\displaystyle P={1 \över {\sqrt {2}}}v_{p}i_{p}\cos \theta =v_{\rm {rms}}I_{\rm {rms}}\cos \theta \,}

där

Vp är toppspänningen i volt Ip är toppströmmen i Amperes Vrms är rot-medel-kvadratisk spänning i volt Irms är rot-medel-kvadratisk ström i amperes θ är fasen av vinkel mellan ström-och spännings sinus vågor

förhållandet mellan verklig kraft, reaktiv effekt och skenbar effekt kan uttryckas genom att representera kvantiteterna som vektorer., Verklig kraft representeras som en horisontell vektor och reaktiv effekt representeras som en vertikal vektor. Den uppenbara effektvektorn är hypotenusen hos en rätt triangel som bildas genom att ansluta de verkliga och reaktiva kraftvektorerna. Denna representation kallas ofta power triangle.,arent ström)}}^{2}={\mbox {(verklig kraft)}}^{2}+{\MBOX{(reaktiv effekt)}}^{2}}

verkliga och reaktiva krafter kan också beräknas direkt från den uppenbara effekten, när strömmen och spänningen är båda sinusoiderna med en känd fasvinkel θ mellan dem:

(verklig effekt) = (skenbar effekt) cos θ {\displaystyle {\mbox{(verklig effekt)}}={\mbox{(skenbar effekt)}}\cos \theta } (reaktiv effekt) = (skenbar effekt) sin θ {\displaystyle {\mbox{(reaktiv effekt)}})}}={\MBOX{(skenbar effekt)}}\sin \theta}

förhållandet mellan verklig effekt och skenbar effekt kallas effektfaktor och är ett tal alltid mellan 0 och 1., Där strömmar och spänningar har icke-sinusformade former, är effektfaktorn generaliserad för att inkludera effekterna av distorsion.

elektromagnetiskt fältredigera

elektrisk energi strömmar varhelst elektriska och magnetiska fält finns tillsammans och fluktuerar på samma plats., Det enklaste exemplet på detta är i elektriska kretsar, som föregående avsnitt visade. I det allmänna fallet måste emellertid den enkla ekvationen P = IV ersättas med en mer komplex beräkning, integralen av tvärprodukten av de elektriska och magnetiska fältvektorerna över ett visst område, så:

P = S (E × H) D A . {\displaystyle P= \ int _ {s} (\mathbf {e} \times\mathbf {h} )\cdot \mathbf {da} .\ ,}

resultatet är en skalär eftersom det är ytan integral av Poynting vektorn.