საშუალო კვადრატული: განსხვავება გადახედვებს შორის

მასალა ვიკიპედიიდან — თავისუფალი ენციკლოპედია
[შეუმოწმებელი ვერსია][შეუმოწმებელი ვერსია]
შიგთავსი ამოიშალა შიგთავსი დაემატა
ხაზი 38: ხაზი 38:
=== საშუალო ელექტრული სიმძლავრე ===
=== საშუალო ელექტრული სიმძლავრე ===


[[სიმძლავრე]] <math>P</math>, რომელიც გამოიყოფა რაიმე <math>R</math>წინაღობაზე მარტივად გამოითვლება თუ დენის ძალა <math>I</math> მუდმივია. ასეთ შემთხვევაში
Engineers often need to know the [[power (physics)|power]], <math>P</math>, dissipated by an electrical resistance, <math>R</math>. It is easy to do the calculation when there is a constant [[Electric current|current]], <math>I</math>, through the resistance. For a load of R ohms, power is defined simply as:


:<math>P = I^2 R.\,\!</math>
:<math>P = I^2 R.\,\!</math>


However, if the current is a time-varying function, <math>I(t)</math>, this formula must be extended to reflect the fact that the current (and thus the instantaneous power) is varying over time. If the function is periodic (such as household AC power), it is nonetheless still meaningful to talk about the ''average'' power dissipated over time, which we calculate by taking the simple average of the power at each instant in the waveform or, equivalently, the squared current. That is,
თუ დენი დროში ცვლადი ფუნქციაა <math>I(t)</math>, მაშინ ეს ფორმულა განზოგადებას საჭიროებს. თუ დენი დროის პერიოდული ფუნქციაა this formula must be extended to reflect the fact that the current (and thus the instantaneous power) is varying over time. If the function is periodic (such as household AC power), it is nonetheless still meaningful to talk about the ''average'' power dissipated over time, which we calculate by taking the simple average of the power at each instant in the waveform or, equivalently, the squared current. That is,
:{| border=0 cellpadding=0 cellspacing=0
:{| border=0 cellpadding=0 cellspacing=0
|-
|-

22:46, 20 აპრილი 2010-ის ვერსია

მათემატიკაში და ფიზიკაში საშუალო კვადრატული მნიშვნელობა არის ცვალებადი სიდიდის სტატისტიკური მახასიათებელი. ეს ცნება განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ისეთი ცვლადი სიდიდეების დასახასითებლად, რომელთა მნიშნელობა შეიძლება იყოს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი, მაგალითად სინუსოიდალური რხევისთვის.

განმარტება

რაიმე დისკრეტული სიდიდის საშუალო კვადრატული მნიშვნელობა განიმარტება როგორც კვადრატული ფესვი ამ მნიშვნელობების კვადრატების საშუალო არითმეტიკულიდან. მნიშვნელობისათვის , საშუალო კვადრატული არის:

ანალოგიურ ფორმულას უწყვეტი ფუნქციისთვის რომელიც განსაზღვრულია რაიმე შუალედში არის

ხოლო უსასრულო ინტერვალზე უწყვეტი ფუნქციის საშუალო კვადრატული მნიშვნელობა არის

ტიპიური ფუნქციების საშუალო კვადრატული

ფუნქცია განტოლება საშუალო კვადრატული
სინუსოიდალური ტალღა

გამოყენება

რაიმე ცვლადი სიდიდის საშუალო კვადრატული მნიშვნელობა ხშირად გამოიყენება ფიზიკაში.

საშუალო ელექტრული სიმძლავრე

სიმძლავრე , რომელიც გამოიყოფა რაიმე წინაღობაზე მარტივად გამოითვლება თუ დენის ძალა მუდმივია. ასეთ შემთხვევაში

თუ დენი დროში ცვლადი ფუნქციაა , მაშინ ეს ფორმულა განზოგადებას საჭიროებს. თუ დენი დროის პერიოდული ფუნქციაა this formula must be extended to reflect the fact that the current (and thus the instantaneous power) is varying over time. If the function is periodic (such as household AC power), it is nonetheless still meaningful to talk about the average power dissipated over time, which we calculate by taking the simple average of the power at each instant in the waveform or, equivalently, the squared current. That is,

(where denotes the mean of a function)
(as R does not vary over time it can be factored out)
(by definition of RMS)

So, the RMS value, , of the function is the constant signal that yields the same average power dissipation.

We can also show by the same method that for a time-varying voltage, , with RMS value ,

This equation can be used for any periodic waveform, such as a sinusoidal or sawtooth waveform, allowing us to calculate the mean power delivered into a specified load.

By taking the square root of both these equations and multiplying them together, we get the equation

Both derivations depend on voltage and current being proportional (i.e., the load, R, is purely resistive). Reactive loads (i.e., loads capable of not just dissipating energy but also storing it) are discussed under the topic of AC power.

In the common case of alternating current when is a sinusoidal current, as is approximately true for mains power, the RMS value is easy to calculate from the continuous case equation above. If we define to be the peak current, then:

where t is time and ω is the angular frequency (ω = 2π/T, whereT is the period of the wave).

Since is a positive constant:

Using a trigonometric identity to eliminate squaring of trig function:

but since the interval is a whole number of complete cycles (per definition of RMS), the terms will cancel, leaving:

A similar analysis leads to the analogous equation for sinusoidal voltage:

Where represents the peak current and represents the peak voltage. It bears repeating that these two solutions are for a sinusoidal wave only.

Because of their usefulness in carrying out power calculations, listed voltages for power outlets, e.g. 120 V (USA) or 230 V (Europe), are almost always quoted in RMS values, and not peak values. Peak values can be calculated from RMS values from the above formula, which implies Vp = VRMS × √2, assuming the source is a pure sine wave. Thus the peak value of the mains voltage in the USA is about 120 × √2, or about 170 volts. The peak-to-peak voltage, being twice this, is about 340 volts. A similar calculation indicates that the peak-to-peak mains voltage in Europe is about 650 volts.

It is also possible to calculate the RMS power of a signal. By analogy with RMS voltage and RMS current, RMS power is the square root of the mean of the square of the power over some specified time period. This quantity, which would be expressed in units of watts (RMS), has no physical significance. However, the term "RMS power" is sometimes used in the audio industry as a synonym for "mean power" or "average power". For a discussion of audio power measurements and their shortcomings, see Audio power.

Root mean square velocity

In physics, the root mean square velocity is defined as the square root of the average velocity-squared of the molecules in a gas. The RMS velocity of an ideal gas is calculated using the following equation:

where represents the Ideal Gas Constant (in this case, 8.314 J/(mol·K)), is the temperature of the gas in kelvins, and is the molar mass of the gas in kilograms. Note that the unit of mass is in kilograms.

RMS in frequency domain

The RMS can be computed also in frequency domain. The Parseval's theorem is used. For sampled signal:

, where , is number of samples.

In this case, the RMS computed in time domain is the same as in frequency domain:

Relationship to the arithmetic mean and the standard deviation

If is the arithmetic mean and is the standard deviation of a population (the equation is different when is for a sample) then:

From this it is clear that the RMS value is always greater than or equal to the average, in that the RMS includes the "error" / square deviation as well.

Physical scientists often use the term "root mean square" as a synonym for standard deviation when referring to the square root of the mean squared deviation of a signal from a given baseline or fit. This is useful for electrical engineers in calculating the "AC only" RMS of a signal. Standard deviation being the root mean square of a signal's variation about the mean, rather than about 0, the DC component is removed (i.e. RMS(signal) = Stdev(signal) if the mean signal is 0).

See also

References


External links