Напряжение в вольтах или ваттах

Вольт
В, V
Величина	электрический потенциал электрическое напряжение электродвижущая сила
Система	СИ
Тип	производная

Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль. Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы вольт пишется со строчной буквы, а её обозначение — с прописной. Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях производных единиц, образованных с использованием вольта. Например, обозначение единицы измерения напряжённости электрического поля «вольт на метр» записывается как В/м.

1 В = (1/300) ед. потенциала СГСЭ [1] .

Содержание

Определение [ править | править код ]

Вольт (В, V) может быть определён либо как электрическое напряжение на концах проводника, необходимое для выделения в нём теплоты мощностью в один ватт (Вт, W) при силе протекающего через этот проводник постоянного тока в один ампер (A), либо как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон (Кл, C) совершается работа величиной 1 джоуль (Дж, J), либо как разность потенциалов на резисторе в 1 Ом (Ω) при протекании через него тока в 1 ампер [2] . Выраженный через основные единицы системы СИ, один вольт равен м² · кг · с −3 · A −1 .

V = W A = J C = m 2 ⋅ kg s 3 ⋅ A = A ⋅ Ω . <displaystyle <mbox>=<dfrac <mbox><mbox>>=<dfrac <mbox><mbox>>=<dfrac <<mbox>^<2>cdot <mbox>><<mbox>^<3>cdot <mbox>>>=<mbox>cdot <mbox<Ω>>.>

Определение на основе эффекта Джозефсона [ править | править код ]

С 1990 года вольт стандартизирован посредством измерения с использованием нестационарного эффекта Джозефсона, при котором для привязки к эталону используется константа Джозефсона, зафиксированная 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам как [3] :

K J − 90 = 2 e h = <displaystyle K_=<frac <2e>>=> 0,4835979 ГГц/мкВ,

Этим методом величина вольта однозначно связывается с эталоном частоты, задаваемым цезиевыми часами: при облучении матрицы, состоящей из нескольких тысяч джозефсоновских переходов, микроволновым излучением на частотах от 10 ГГц до 80 ГГц, возникает вполне определённое электрическое напряжение, с помощью которого калибруются вольтметры [4] . Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов [5] .

Шкала напряжений [ править | править код ]

• Наименьшее измеряемое напряжение — порядка 10 нВ. [источник не указан 2178 дней]
• Чувствительность связной аппаратуры при работе голосом — 1…1,5 мкВ (одни из самых слабых сигналов, массово применяемых в настоящее время) [источник не указан 2178 дней]
• Выходное напряжение на обмотке магнитной головки кассетного магнитофона — 0,3 мВ [6] .
• Разность потенциалов на мембране нейрона — 70 мВ.
• NiCd аккумулятор — 1,2 В.
• Щелочной элемент — 1,5 В.
• Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO₄) — 3,3 В.
• Зарядное устройство для мобильных телефонов — 5.0 В.
• Батарейка «Крона» — 9 В.
• Автомобильный аккумулятор — 12 В (для тяжёлых грузовиков — 24 В).
• Напряжение бытовой сети в России — 230 В (фаза-нейтраль), 400 В (межфазное) [7] .
• Напряжение в некоторых промышленных сетях — 400 В (трёхфазное), 400 В (однофазное), 690 В (трёхфазное)
• Напряжение в контактной сетитрамвая, троллейбуса — 600 В (660 В) (постоянный ток).
• Напряжение контактного рельса в метрополитене — 825 В (постоянный ток) [источник не указан 2165 дней] .
• Электрифицированные железные дороги — 3 кВ (контактная сеть постоянного тока), 25 кВ (контактная сеть переменного тока).
• Магистральные ЛЭП — 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.
• Самое высокое постоянное напряжение, полученное в лаборатории на пеллетроне — 25 МВ.
• Молния — от 100 МВ и выше.

Исторический экскурс [ править | править код ]

Единица измерения «вольт» была введена в 1861 году комитетом электрических эталонов, созданным Уильямом Томсоном. Её введение было связано с текущими нуждами инженерной физики. 1 июня 1898 года имперским законом в Германии 1 вольт был установлен как «законная» единица измерения ЭДС, равная ЭДС, возбуждающей в проводнике сопротивлением 1 ом ток силой 1 ампер [8] . В Международную систему единиц (СИ) вольт введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием системы СИ в целом [9] .

Впоследствии 1 вольт обычно определялся через единицу энергии джоуль и единицу заряда кулон.

Кратные и дольные единицы [ править | править код ]

Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Одними из основных характеристик любого электрооборудования является напряжение и потребляемая мощность, в связи, с чем на любом приборе (или в паспорте к нему) имеется информация о мощности (Ватт) и напряжении (Вольт).

Определение

Ватт (Вт или W) — это единица измерения мощности.

Вольт (В или V) — это единица измерения электрического потенциала, напряжения, разности потенциалов и электродвижущей силы.

Сравнение

Вольт и Ватт — это единицы измерения для разных электротехнических параметров.

1 Вольт — это величина электрического напряжения на концах проводника, необходимая для выделения теплоты мощностью равной 1 Ватт при силе постоянного электрического тока, протекающего через данный проводник, равной одному Амперу. Также 1 Вольт можно охарактеризовать как разность электрических потенциалов между двумя имеющимися точками в случае, когда для перемещения электрического заряда величиной в 1 Кулон из точки в точку требуется произвести работу, равную 1 Джоулю.

1 Ватт — величина мощности, при которой за одну секунду совершается работа равная одному Джоулю. Следовательно, Ватт — это производная от других величин единица. Так, например, мощность соотносится с напряжением следующим образом: Вт = В•А, где В – показатель величины напряжения, а А – показатель величины силы тока. Кроме механической мощности различают ещё электрическую и тепловую мощность.

Вольт-ампер имеет русское обозначение — (В•А), а международное — (V•A) Это измерение мощности (P) в электрической цепи постоянного тока. Спецификация V•A также используется в цепях переменного тока, но она менее точна в этом приложении, потому представляет кажущуюся мощность, которая часто отличается от истинной, в связи с чем перед тем как правильно выбрать электрооборудование, нужно понимать, что измеряется в вольт амперах.

Суть явления

В цепи постоянного тока 1 VA является эквивалентом одного ватта (1 Вт). Мощность (P) (в ваттах) в цепи постоянного тока равна произведению напряжения (V) в вольтах и тока (I) в амперах:
P = VI

В цепи переменного тока мощность и V•A означают одно и то же, когда нет реактивного сопротивления. Оно вводится, когда цепь содержит индуктор или конденсатор. Поскольку большинство цепей переменного тока содержат реактивное сопротивление, значение V•A превышает фактическую рассеиваемую или подаваемую мощность в ваттах. Это может вызвать путаницу в спецификациях для блоков питания.

Например, источник питания может быть рассчитан на 600 V•A. Это не означает, что оно может выдавать 600 Вт, если оборудование не имеет реактивного сопротивления. В реальной жизни номинальная P источника питания составляет от 1/2 до 2/3 реального показателя V•A.

Важно! При покупке источника бесперебойного питания, для использования с электронным оборудованием, включая компьютеры, мониторы и другие периферийные устройства, нужно убедиться, что спецификации V•A для оборудования используются при определении минимальных номинальных значений для него. Показатель V•A номинально в 1,67 раза (167 %) больше потребляет мощности в ваттах.

Объект измерений

Для определения вольт-ампер (V•A) потребуется выполнить следующие измерения:

1. Вначале потребуется измерить силу тока в амперах (A). Это единица I в системе СИ.
2. Далее должно измеряться напряжение в единицах СИ — вольтах. Оно покажет силу, необходимую для протекания электрического тока в вольтах (V).
3. Рассчитать P — количество энергии, произведенной током и вольтами вместе. Умножение ампер (A) на вольт (V) дает результирующую или энергию.

Постоянный ток (—) или DC, присущ процессу, когда он течет в одном направлении, например, фонарик с аккумулятором использует постоянный показатель. Переменный ток (

) или AC относится к процессам с переменным направлением движения электронов, в связи с чем он периодически меняет свое направление. В Северной Америке и Западной Японии это происходит 60 раз в секунду с частотой 60 Гц. В России, ЕС, в большей части Австралии, Южной Америки, Африки и Азии частота составляет 50 Гц.

Для преобразования этих величин используется формула закона Ватта:

Мощность (P) = Ток (I) х Напряжение (V),
то же в единицах измерения: ватт = ампер х вольт.
Чтобы найти усилители, используют формулу Ватта в обратном порядке и делят мощность на напряжение:
Ток (I) = Мощность (P) ÷ Напряжение (V)
I = 600 Вт : 120 В, тогда значение I = 5А

Обратите внимание! Когда специалисты оперируют большими размерностями P, они используют киловатты (кВт), 1 кВт=1000 Вт.

Как измерять в вольт-амперах мощность

Прежде чем преобразовывать вольтампер (V•A) в усилители, нужно понять, что это за измерения. Вольт-амперная характеристика является кажущейся мерой мощности, в то время как ампер является мерой тока.

Таким образом, для преобразования между ними нужно использовать формулу:

Мощность = Напряжение × Ток
Используя формулу P в качестве отправной точки и изменив ее, можно выполнить перевод мощности в V•A:
I (A) = мощность (V•A) : напряжение (V)
Например, нужно рассчитать усилители для однофазной электрической цепи с P = 1800 V•A при 120 вольт.
I (А) = 1800 V•A : 120 вольтов
I (А) = 15 А

Таким образом, схема с 1800 VA кажущейся мощности при 120 вольт имеет номинальный I в 15 ампер.

Преобразование VA в ток для трехфазной электрической цепи немного отличается. Для расчета используют измененную трехфазную формулу.

I (А) = Мощность (V•A) : (√3 × Напряжение (V))

Для трехфазной электрической цепи I в амперах равен мощности в вольт-амперах, деленной на квадратный корень из трех.

Например, нужно найти усилители для трехфазной электрической цепи с P=33 255 В при напряжении 480 В.

I (A) = 33 255 V•A : (√3 × 480 V)
I (A) = 33 255 V•A : 831,38 V
I (A) = 40 А
Можно увидеть, что цепь с кажущейся мощностью 33 255 V•A при 480 V будет иметь номинальный I = 40 А.

Перевод V•A в Ватты

Для правильного определения размера, например, источника питания важно понимать отличие ватт от вольт ампер. Реальная мощность, измеряемая в ваттах — это часть потребляемого потока энергии и связана с сопротивлением в электрической цепи. Примером этого является нить накала в лампочке.

Реактивная мощность, измеряемая в VAR или «вольт ампер реактивный» — это часть потока P накопленной энергии. Накопленная энергия связана с наличием индуктивности и емкости в электрической цепи. Кажущаяся мощность измеряется в V•A, представляет собой математическую комбинацию реальной и реактивной P.

Геометрическое соотношение между кажущейся, реактивной и реальной мощностью определяется треугольником P. Математически реальная мощность (Вт) связана с кажущейся (V•A) с использованием числового отношения, называемого коэффициентом мощности (PF), который выражается в десятичной форме и имеет значение от 0 до 1,0. Для многих новых типов ИТ-оборудования, таких как компьютерные серверы, PF составляет 0,9 и выше. Для устаревших персональных компьютеров (ПК) — это значение может быть 0,60 — 0,75.

Поскольку многие типы оборудования рассчитаны на P в ваттах, важно учитывать PF при выборе размера ИБП. Если не принимать PF во внимание, можно уменьшить размер необходимого ИБП. Например, единица оборудования с мощностью 525 Вт и коэффициентом мощности 0.7, который нужно умножать на мощность, определяет минимальную мощность с нагрузкой 750 V•A.

750 V•A = 525 Вт / 0,7

Если ИБП рассчитан на 75%, то получится ИБП с номиналом 1000 V•A (750 ВА / 0,75 = 1000 V•A).

Ошибки при расчете V•A

Соотношения вольт ампер и ватт для определенных видов электроприборов и устройств, например, лампочки — идентично. Но когда разговор идет о компьютерах, показатели в ваттах и V•A будут отличаться, при этом V•A всегда будет большим или равным показателю в ваттах. Разрыв связан с коэффициентом мощности (PF), который разнится для устройств. Если его не учитывать, то при подборе элементов оборудования будет сделана ошибка и они не подойдут к основному устройству.

Если рассматривать выбор ИБП для персонального компьютера, а на паспортных данных номинал указан в voltamper — это затруднит подбор номинала во Вт. Когда нет точных показателей P, выполняют следующее — указанные на паспортной табличке данные по нагрузке принимают равными 60% от V•A показателя ИБП.

Дополнительная информация. Для того чтобы точнее установить данные, можно воспользоваться онлайн-калькулятором. Некоторые веб-сайты предоставляют пользователю необходимую P, если нажать на тип устройства, например, телевизор или настольный компьютер. На таких сайтах часто показаны графические диаграммы, по которым легко измерить V•A различных приборов, от холодильников до компьютеров.

Можно сделать вывод, что V•A важная характеристика для современных электрических приборов и оборудования. Если при покупке электроустройств этот показатель учитываться не будет, они будут работать в режиме перегруза, что приведет к преждевременному выходу их из строя.