Puterea in circuitele electrice

Puterea in circuitele electrice

Definitia puterii electrice

Pe langa tensiune si curent, mai exista o alta marime a activitatii electronilor liberi din circuit: puterea. In primul rand trebuie sa intelegem ce este puterea, inainte de a o analiza intr-un circuit.

Puterea este marimea lucrului mecanic ce poate fi efectuat intr-o anumita perioada de timp. Puterea este de obicei definita ca si ridicarea unui corp (greutati) atunci cand asupra acestuia actioneaza forta gravitatiei. Cu cat corpul este mai greu si/sau cu cat este ridicat la o inaltime mai mare, cu atat a fost efectuat un lucru mecanic mai mare. Puterea masoara cat de rapid a fost efectuata o cantitate standard de lucru mecanic.

In cazul automobilelor, puterea unui motor este data in "cai putere", termen inventat initial de producatorii motoarelor cu aburi ca si mijloc de cuantificare a abilitatii masinilor lor de a efectua lucru mecanic in relatia cu cea mai utilizata sursa de putere din acele vremuri: calul. Puterea unui motor de automobil nu indica marimea dealului ce-l poate urca sau ce greutate poate transporta, ci indica cat de repede poate urca un anumit deal sau trage o anumita greutate.

Puterea unui motor mecanic depinde atat de viteza motorului cat si de cuplul ce se regaseste pe arbore. Viteza arborelui unui motor se masoara in rotatii pe minut, sau r.p.m. Cuplul este cantitatea de forta de torsiune produsa de motor si se masoara in Newton-metru (Nm). Dar nici viteza nici cuplul nu masoara puterea unui motor.

Un motor diesel de tractor de 100 de cai putere, are o viteza de rotatie mica, dar un cuplu mare. Un motor de motocicleta de 100 de cai putere, are o viteza de rotatie foarte mare, dar un cuplu mic. Ambele produc 100 de cai putere, dar la viteze si cupluri diferite. Ecuatia pentru calcului calului putere (CP) este simpla:

unde,
S = viteza arborelui in r.p.m.
T = cuplul arborelui in Nm
π = 3.14 (constanta pi)

Putem observa ca exista doar doua variabile in partea dreapta a ecuatiei, S si T. Toti ceilalti termeni sunt constanti (nu isi modifica valoarea in functie de timp sau de situatie). CP (cal putere) variaza doar atunci cand variaza fie viteza fie cuplul si nimic altceva. Putem rescrie ecuatia pentru a arata aceasta relatie:

unde,
inseamna direct proportional (adesea prescurtat d.p.)
S si T au semnificatiile de mai sus

Deoarece unitatea de masura "cal putere" nu coincide exact cu viteza in rotatii pe minut inmultita cu, cuplul in Newton-metru, nu putem spune ca acesta este egal cu ST. Cu toate acestea, "calul putere" este proportional cu ST. Valoarea calului putere se va modifica in aceeasi proportie cu produsul ST (atunci cand acesta variaza).

Puterea in circuitele electrice

Pentru circuitele electrice, puterea este o functie (depinde) de curent si tensiune. Nu este surprinzator faptul ca aceasta relatie seamana izbitor cu formula "proportionala" a calului putere de mai sus:

Totusi, in acest caz, puterea (P) este exact egala curentului (I) inmultit cu tensiunea (E), si nu este doar proportionala cu acest produs (IE). Cand folosim aceasta formula, unitatea de masura pentru putere este watt-ul, prescurtat prin litera W.

Trebuie inteles faptul ca nici tensiunea nici curentul nu inseamna putere ele insele. Puterea este combinatia celor doua intr-un circuit. Retineti ca tensiunea este lucrul specific (sau energia potentiala) pe unitate de sarcina, in timp ce curentul este rata de deplasare a sarcinilor electrice printr-un conductor. Tensiunea (lucrul specific) este o marime analoaga lucrului efectuat in ridicarea unei greutati atunci cand asupra acesteia actioneaza forta gravitatiei. Curentul (rata) este analoaga vitezei de ridicare a greutatii respective. Impreuna ca si produs (inmultire), tensiunea (lucru) si curentul (rata) constituie puterea.

La fel ca in cazul unui motor diesel de tractor si un motor de motocicleta, un circuit cu o tensiune mare si curent scazut, poate disipa aceeasi putere precum un circuit cu o tensiune scazuta si curent mare. Nici valoarea tensiunii si nici cea a curentului, nu pot sa indice singure cantitatea de putere prezenta intr-un circuit.

Intr-un circuit deschis puterea disipata este zero, indiferent de valoarea tensiunii existente. Din moment ce P = IE si I = 0, si inmultirea cu zero are ca si rezultat tot timpul zero, inseamna ca si puterea disipata in circuit trebuie sa fie egala cu zero. Daca am fi sa construim un scurt-circuit cu ajutorul unei bucle din material supraconductor (rezistenta zero), am putea obtine o situatie in care tensiunea de-a lungul buclei sa fie egala cu zero, si in acest caz puterea ar fi de asemenea zero, folosind logica de mai sus.

Relatia dintre Watt si cal putere (CP)

Fie ca masuram puterea in "cal putere" sau in "watt", vorbim despre acelasi lucru: ce cantitate de lucru poate fi efectuat intr-o anumita perioada de timp. Cele doua unitati nu sunt egale din punct de vedere numeric, dar exprima acelasi lucru. Relatia dintre cele doua puteri este:

Prin urmare, cele doua motoare de 100 de cai putere de mai sus pot fi de asemenea notate cu "74570" de Watti, sau "74,57" kW.