В этой статье я объясню, что такое работа электрического тока, какие единицы измерения для нее используются и какие важные формулы необходимо знать.
Что такое работа электрического тока?
Давайте рассмотрим обычную батарейку. По сути, батарейка преобразует химическую энергию в электрическую энергию электронов. Если теперь подключить её в электрическую цепь, то электроны могут совершать работу, используя свою электрическую энергию, например, зажигать лампочку.
Если вы хотите узнать, сколько электрической энергии было преобразовано в другой вид энергии, то вам нужно рассчитать работу электрического тока.
Определение понятия «электрическая работа» и её единицы измерения.
Работа электрического тока [A] позволяет определить, сколько электрической энергии было или может быть преобразовано в другие виды энергии.
Когда вы рассчитываете работу электрического тока, вы знаете, сколько электрической энергии было преобразовано в другие формы энергии. А уже какие другие формы энергии могут быть — это зависит от ситуации (несколько примеров в списке ниже):
- Ваш тостер преобразует электрическую энергию в тепловую;
- Когда вы включаете лампочку, электрическая энергия преобразуется в световую;
- Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую.
Единицей измерения работы электрического тока в СИ является Джоуль [Дж], также часто используется в качестве единицы измерения Ватт-секунда [Вт·с]. Один джоуль всегда соответствует одной ватт-секунде. То есть 1 Дж = 1 Вт·с .
Другой важной единицей измерения является киловатт-час [кВт·ч]. Один киловатт-час равен 3 600 000 ватт-секунд или джоулей.
1 кВт·ч = 1 * 103 Вт·ч = 1 * 103 * 3600 Вт·с = 3,6 * 106 Вт·с = 3,6 * 106 Дж.
Полезный факт: а вы знали, что именно электрическую работу измеряют электросчётчики установленные в наших домах и квартирах! Электросчётчики измеряют работу электрического тока в кВт·ч.
По какой формуле вычисляется работа электрического тока?
Если вы на каком-либо участке электрической цепи под действием электрического напряжения U привели в движение заряд q, то вы можете рассчитать электрическую работу A как напряжение U, приложенное на концах этого участка цепи, умноженное на электрический заряд q, который прошёл по нему, то есть: A = U * q .
Зная, что электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения: q = I * t. Тогда электрическую работу A [Дж] можно определить как напряжение U [В], умноженное на силу тока I [А] и умноженное на время t [с], то есть: A = U * I * q .
Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.
Чуть ниже в статье мы разберем два практических примера, которые покажут применение данных формул. Однако перед этим мы кратко рассмотрим еще несколько важных формул.
Примечание: Вы обязательно должны запомнить первые две формулы. Следующие ниже формулы менее важны, но могут быть полезны для вас при решении тех или иных задач.
Другие формулы для определения работы электрического тока.
Закон Ома для участка цепи связывает напряжение U и ток I. Это позволяет нам рассчитать электрическую работу A другим способом.
Итак, согласно закона Ома, U = I * R или I = U / R , где R — это электрическое сопротивление.
Тогда вы можете подставить эти формулы в A = U * I * t. В итоге получатся другие формулы для нахождения работы электрического тока:
- A = I2 * R * t ;
- A = (U2 * t ) / R .
Примеры задач
Пример 1.
У вас есть батарея, подающая постоянное напряжение 12 В и ток 2,3 А. Вы используете эту батарею для освещения лампочки в течение 1 часа. Теперь вы хотите знать, какая работа электрического тока была произведена.
Мы знаем формулу для определения работы электрического тока: A = U * I * q, тогда получаем:
A = 12 В * 2,3 А * 1 ч = 27,6 Вт·ч .
Чтобы дать вам представление о единицах измерения, давайте переведем результат в ватт-секунды и джоули
27,6 Вт·ч = 27,6 * 3600 Вт·с = 99360 Вт·с = 99360 Дж.
Пример 2.
У вас есть батарейка с напряжением 5 В. Эта батарейка совершает электрическую работу в 10*10-2 Вт·с. Нам нужно рассчитать рассчитать количество электрического заряда q, перемещенного между полюсами батареи.
Мы знаем формулу для определения работы электрического тока: A = U * q, тогда q = A / U. Подставляя значения в формулу получаем:
q = 10*10-2 Вт·с / 5 В = 0,02 Кл.
Вы уже знаете, что работа электрического тока измеряется в джоулях. Но на практике часто используются другие величины, о которых вы и узнаете на данном уроке.
Почему неудобно выражать работу тока в джоулях на практике?
Начнем с того, что в паспортах электроприборов обычно указывают мощность тока в них. Как можно выразить работу тока через мощность и время?
Зная мощность потребителя электроэнергии, можно рассчитать и работу тока, совершенную за определенное время: $A = Pt$.
Рассмотрим единицы измерения величин в этой формуле. Мощность у нас измеряется в ваттах, время — в секундах, а работа — в джоулях.
$1 space Вт = 1 frac{Дж}{с}$,
$1 space Дж = 1 space Вт cdot с$.
Обратите внимание на то, что время выражается в секундах. Но обычно в потребителе электроэнергии ток совершает работу более продолжительное время.
Некоторые приборы мы используем часами, а некоторые — круглосуточно. Например, тот же холодильник. Расчет же электроэнергии по счетчику производится раз в месяц.
Логично, что очень неудобно переводить такие большие промежутки времени в секунды каждый раз при расчете работы электрического тока. Поэтому и используются другие единицы измерения.
Внесистемные единицы измерения работы электрического тока
По вышеуказанным причинам при расчете работы электрического тока время намного удобнее выражать в часах. Сама же работа часто выражается в следующих единицах: $ватт cdot час$ ($Вт cdot ч$), $гектоватт cdot час$ ($гВт cdot ч$), $киловатт cdot час$ ($кВт cdot ч$).
$1 space Вт cdot ч = 3600 space Дж$,
$1 space гВт cdot ч = 100 space Вт cdot ч = 360 space 000 space Дж$,
$1 space кВт cdot ч = 1000 space Вт cdot ч = 3 space 600 space 000 space Дж$.
Снятие показаний счетчика и расчет потребляемой энергии
Каждый месяц люди платят за «электричество». То есть за использованную электроэнергию в течение месяца, которая определяется совершенной работой электрического тока.
Сумма платежа рассчитывается исходя из показаний счетчика и действующего тарифа на электроэнергию.
В начале нового месяца фиксируются показания счетчика (рисунок 1, а). В конце месяца эти показания фиксируются еще раз (рисунок 1, б). Обратите внимание, что обычно последнее число, показанное на счетчике, — это десятые доли $кВт cdot ч$. Эта последняя цифра может быть выделена цветной рамкой, или перед ней будет стоять точка.
Разница между этими показаниями — это и есть израсходованная за месяц электроэнергия. Она же эквивалентна работе электрического тока, совершенной во всех электроприборах за месяц. Рассчитаем ее:
$A = 11706.6 space кВт cdot ч space — space 10982.6 space кВт cdot ч = 724 space кВт cdot ч$.
Действующий тариф (стоимость $1 space кВт cdot ч$) указывается в квитанциях на оплату. Он может различаться в зависимости от страны или ее региона.
Возьмем тариф, равный $3 frac{р.}{кВт cdot ч}$ (3 рубля за $1 space кВт cdot ч$).
Чтобы рассчитать стоимость потребленной энергии, нужно тариф умножить на количество (численное значение) этой энергии:
$Стоимость = Тариф cdot A$.
В нашем случае получается:
$Стоимость = 3 frac{р.}{кВт cdot ч} cdot 724 space кВт cdot ч = 2172 space р.$
Пример задачи
Электрическая лампа рассчитана на ток мощностью $100 space Вт$. Ежедневно лампа горит в течение $6 space ч$. Найдите работу тока за один месяц (30 дней) и стоимость израсходованной энергии, считая, что тариф составляет 300 копеек за $1 space кВт cdot ч$.
Дано:
$P = 100 space Вт$
$t = 6 space ч cdot 30 = 180 space ч$
$Тариф = 300 frac{к.}{кВт cdot ч}$
$A — ?$
$Стоимость — ?$
Решение:
Работу электрического тока рассчитаем по формуле: $A = Pt$.
$A = 100 space Вт cdot 180 space ч = 18 space 000 Вт cdot ч = 18 space кВт cdot ч$.
Рассчитаем стоимость. Для этого умножим тариф на работу, совершаемую электрическим током:
$Стоимость = 300 frac{к.}{кВт cdot ч} cdot 18 space кВт cdot ч = 540 space к. = 54 space р.$
Ответ: $A = 18 space кВт cdot ч$, $стоимость = 54 space рубля$.
Упражнения
Упражнение №1
Мощность электрического утюга равна $0.6 space кВт$. Вычислите работу тока в нем за $1.5 space ч$. Сколько при этом расходуется энергии?
Дано:
$P = 0.6 space кВт$
$t = 1.5 space ч$
$A — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Работа электрического тока рассчитывается по формуле: $A = Pt$.
$A = 0.6 space кВт cdot 1.5 space ч = 0.9 space кВт cdot ч$.
Электрическое поле обладает некоторой энергией. Именно за счет нее совершается работа. Значит, количество израсходованной энергии при совершении работы эквивалентно величине самой работы, выраженной в джоулях (энергия так же выражается именно в джоулях).
Выразим полученное значение работы тока в джоулях.
$1 space Вт cdot ч = 3600 space Дж$,
$A = 0.9 space кВт cdot ч = 3600 space Дж cdot 0.9 = 3240 space Дж = 3.24 space кДж$.
Ответ: $A = 0.9 space кВт cdot ч$, израсходовано $3.24 space кДж$ энергии.
Упражнение №2
В квартире имеется две электролампы по $60 space Вт$ и две по $40 space Вт$. Каждую из них включают на $3 space ч$ в сутки. Определите стоимость энергии, израсходованной лампами за один месяц (30 дней). Тариф за $1 space кВт cdot ч$ составляет 3.3 рубля за $1 space кВт cdot ч$.
Дано:
$P_1 = P_2 = 60 space Вт$
$P_3 = P_4 = 40 space Вт$
$t = 3 space ч cdot 30 = 90 space ч$
$Тариф = 3.3 frac{р.}{кВт cdot ч}$
$Стоимость — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Для того, чтобы рассчитать стоимость потраченной электроэнергии, нам нужно рассчитать работу электрического тока.
Работа тока, совершенная в первой лампе:
$A_1 = P_1 t$,
$A_1 = 60 space Вт cdot 90 space ч = 5400 space Вт cdot ч = 5.4 space кВт cdot ч$.
Вторая лампа идентична первой. Поэтому:
$A_2 = A_1 = 5.4 space кВт cdot ч$.
Таким же образом рассчитаем работу третьей и четвертой ламп:
$A_3 = P_3 t$,
$A_3 = 40 space Вт cdot 90 space ч = 3600 space Вт cdot ч = 3.6 space кВт cdot ч$,
$A_4 = A_3 = 3.6 space кВт cdot ч$.
Вычислим общую работу тока во всех лампах:
$A = A_1 + A_2 + A_3 + A_4$,
$A = 5.4 space кВт cdot ч + 5.4 space кВт cdot ч + 3.6 space кВт cdot ч + 3.6 space кВт cdot ч = 18 space кВт cdot ч$.
Теперь мы можем рассчитать стоимость электроэнергии:
$Стоимость = Тариф cdot A$,
$Стоимость = 3.3 frac{р.}{кВт cdot ч} cdot 18 space кВт cdot ч = 59.4 space р. = 59 space рублей space 40 space копеек$.
Ответ: $Стоимость = 59 space рублей space 40 space копеек$.
Упражнение №3
Рассмотрите рисунок 2. Подсчитайте электроэнергию, расходуемую за 1 месяц (30 дней) всеми показанными на схеме приборами, если известно, что напряжение в сети (между точками A и B) равно $220 space В$, лампы имеют мощность по $40 space Вт$ каждая и включаются на $4 space ч$ в день, электронагревательные приборы имеют мощность $800 space Вт$ и $1000 space Вт$ и включаются на $1 space ч$ и $0.5 space ч$ в день соответственно, электродвигатель пылесоса имеет мощность $600 space Вт$ и включается на $0.5 space ч$ один раз в неделю. Вычислите стоимость расходуемой за месяц энергии. Тариф за $1 space кВт cdot ч$ составляет 3.3 рубля за $1 space кВт cdot ч$.
Дано:
$U = 220 space В$
$P_1 = P_2 = P_3 = 40 space Вт$
$t_1 = t_2 = t_3 = 4 space ч cdot 30 = 120 space ч$
$P_4 = 800 space Вт$
$t_4 = 1 space ч cdot 30 = 30 space ч$
$P_5 = 1000 space Вт$
$t_5 = 0.5 space ч cdot 30 = 15 space ч$
$P_6 = 600 space Вт$
$t_6 = 0.5 space ч cdot 4 = 2 space ч$
$Тариф = 3.3 frac{р.}{кВт cdot ч}$
$Стоимость — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Рассчитаем работу тока, совершенную за месяц в каждом потребителе электроэнергии.
Работа тока, совершенная в первой лампе:
$A_1 = P_1 t_1$,
$A_1 = 40 space Вт cdot 120 space ч = 4800 space Вт cdot ч = 4.8 space кВт cdot ч$.
Такая же работа совершена в двух других лампах, потому что они имеют одинаковую мощность и включаются на то же самое время:
$A_2 = A_3 = A_1 = 4.8 space кВт cdot ч$.
Теперь рассчитаем работу тока в первом электронагревательном приборе:
$A_4 = P_4 t_4$,
$A_4 = 800 space Вт cdot 30 space ч = 24 space 000 space Вт cdot ч = 24 space кВт cdot ч$.
Работа тока, совершенная за месяц во втором электронагревательном приборе:
$A_5 = P_5 t_5$,
$A_5 = 1000 space Вт cdot 15 space ч = 15 space 000 space Вт cdot ч = 15 space кВт cdot ч$.
Осталось рассчитать работу тока в электродвигателе пылесоса:
$A_6 = P_6 t_6$,
$A_6 = 600 space Вт cdot 2 space ч = 1200 space Вт cdot ч = 1.2 space кВт cdot ч$.
Теперь просуммируем все рассчитанные значения работы тока в потребителях электроэнергии:
$A = A_1 + A_2 + A_3 + A_4 + A_5 + A_6$,
$A = 4.8 space кВт cdot ч + 4.8 space кВт cdot ч + 4.8 space кВт cdot ч + 24 space кВт cdot ч + 15 space кВт cdot ч + 1.2 space кВт cdot ч = 54.6 space кВт cdot ч$.
Рассчитаем стоимость электроэнергии, затраченной на совершение этой работы:
$Стоимость = Тариф cdot A$,
$Стоимость = 3.3 frac{р.}{кВт cdot ч} cdot 54.6 space кВт cdot ч = 180.18 space р. = 180 space рублей space 18 space копеек$.
Ответ: $Стоимость = 180 space рублей space 18 space копеек$.
При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.
При прохождении заряда (q) по участку цепи электрическое поле будет совершать работу: (A=qcdot U), где (U) — напряжение электрического поля, (A) — работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению заряда (q) из одной точки в другую.
Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок.
Рис. (1). Зависимость между работой, напряжением и зарядом
Количество заряда, прошедшее по участку цепи, пропорционально силе тока и времени прохождения заряда:
q=I⋅t
.
Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна напряжению на её концах и количеству заряда, проходящего по этому участку:
A=U⋅q
.
Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна силе тока, времени прохождения заряда и напряжению на концах участка цепи:
A=U⋅I⋅t
.
Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.
Рис. (2). Зависимость между работой, силой тока и временем прохождения заряда
Единицы измерения величин:
работа электрического тока ([A]=1) Дж;
напряжение на участке цепи ([U]=1) В;
сила тока, проходящего по участку ([I]=1) А;
время прохождения заряда (тока) ([t]=1) с.
Для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.
Рис. (3). Схема и часы для измерения
Например:
I = 1,2 АU = 5 Вt = 1,5 мин = 90 сА = U⋅I⋅t = 5⋅1,2⋅90 = 540 Дж
Обрати внимание!
Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.
(1) кДж = 1000 Дж или (1) Дж = (0,001) кДж;
(1) МДж = 1000000 Дж или (1) Дж = (0,000001) МДж.
Для потребителей электрической энергии существуют приборы, позволяющие в пределах ошибки измерения получать числовые данные о ее расходе в единицу времени.
Рис. (4). Электросчетчик
Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени:
N = Аt
. Чтобы найти мощность электрического тока, надо поступить точно также, т.е. работу тока,
A=U⋅I⋅t
, разделить на время.
Мощность электрического тока обозначают буквой (Р):
. Таким образом:
Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока:
P=U⋅I
.
Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.
Рис. (5). Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока
За единицу мощности принят ватт: (1) Вт = (1) Дж/с.
Из формулы
P=U⋅I
следует, что
(1) ватт = (1) вольт ∙ (1) ампер, или (1) Вт = (1) В ∙ А.
Обрати внимание!
Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
(1) гВт = (100) Вт или (1) Вт = (0,01) гВт;
(1) кВт = (1000) Вт или (1) Вт = (0,001) кВт;
(1) МВт = (1 000 000) Вт или (1) Вт = (0,000001) МВт.
Пример:
Измерим силу тока в цепи с помощью амперметра, а напряжение на участке — с помощью вольтметра.
Рис. (6). Схема
Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:
.
Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.
В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.
|
Аналоговый ваттметр |
Аналоговый ваттметр |
Аналоговый ваттметр |
Цифровой ваттметр |
|
|
|
|
|
Рис. (7). Приборы для измерения
Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.
Рис. (8). Лампы различной мощности в цепи
Сила тока в лампочке мощностью (25) ватт будет составлять (0,1) А. Лампочка мощностью (100) ватт потребляет ток в четыре раза больше — (0,4) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно (220) В. Легко можно заметить, что лампочка в (100) ватт светится гораздо ярче, чем (25)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в (4) раза больше, потребляет в (4) раза больше тока. Значит:
Обрати внимание!
Мощность прямо пропорциональна силе тока.
Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение (110) В и (220) В.
Рис. (8). Лампа, подключенная к источнику тока с различным напряжением
Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:
Обрати внимание!
Мощность зависит от напряжения.
Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:
| I=0,2АU=110ВP=U⋅I=110⋅0,2=22Вт | I=0,4АU=220ВP=U⋅I=220⋅0,4=88Вт. |
Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в (2) раза мощность увеличивается в (4) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).
Рис. (9). Маркировка
В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:
Таблица (1). Мощность различных приборов
|
Название |
Рисунок |
Мощность |
| Калькулятор |
|
(0,001) Вт |
| Лампы дневного света |
|
(15 — 80) Вт |
| Лампы накаливания |
|
(25 — 5000) Вт |
| Компьютер |
|
(200 — 450) Вт |
| Электрический чайник |
|
(650 — 3100) Вт |
| Пылесос |
|
(1500 — 3000) Вт |
| Стиральная машина |
|
(2000 — 4000) Вт |
| Трамвай |
|
(150 000 — 240000) Вт |
Источники:
Рис. 1. Зависимость между работой, напряжением и зарядом. © ЯКласс.
Рис. 3. Схема и часы для измерения. © ЯКласс.
Рис. 5. Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока. © ЯКласс.
Рис. 6. Схема. © ЯКласс.
Таблица 1. Мощность различных приборов. Компьютер. Указание авторства не требуется, 2021-08-14, Pixabay License, https://pixabay.com/ru/photos/яблоко-стул-компьютер-1834328/.
Электрический ток вырабатывается для того, чтобы в дальнейшем использовать его в определенных целях, для совершения какой-либо работы. Сама работа представляет собой определенные усилия, прилагаемые для перемещения электрического заряда на установленное расстояние. Условно, такая работа в пределах участка цепи, будет равна численному значению напряжения на данном участке. Для выполнения необходимых расчетов необходимо знать, в чем измеряется работа тока. Все расчеты проводятся на основании исходных данных, полученных с помощью измерительных приборов. Чем больше величина заряда, тем больше усилий требуется для его перемещения, тем большая работа будет совершена.
Что называют работой тока
Электрический ток, как физическая величина, сам по себе не имеет практического значения. Наиболее важным фактором является действие тока, характеризующееся выполняемой им работой. Сама работа представляет собой определенные действия, в процессе которых один вид энергии превращается в другой. Например, электрическая энергия с помощью вращения вала двигателя, превращается в механическую энергию. Работа самого электрического тока заключается в движении зарядов в проводнике под действием электрического поля. Фактически вся работа по перемещению заряженных частиц выполняется электрическим полем.
С целью выполнения расчетов должна быть выведена формула работы электрического тока. Для составления формул понадобятся такие параметры, как сила тока и электрическое напряжение. Поскольку работа электрического тока и работа электрического поля – это одно и то же, она будет выражаться в виде произведения напряжения и заряда, протекающего в проводнике. То есть: A = Uq. Данная формула была выведена из соотношения, определяющего напряжение в проводнике: U = A/q. Отсюда следует, что напряжение представляет собой работу электрического поля А по переносу заряженной частицы q.
Сама заряженная частица или заряд отображается в виде произведения силы тока и времени, затраченного на движение этого заряда по проводнику: q = It. В этой формуле было использовано соотношение для силы тока в проводнике: I = q/t. То есть, сила тока является отношением заряда к промежутку времени, за которое заряд проходит через поперечное сечение проводника. В окончательном виде формула работы электрического тока будет выглядеть, как произведение известных величин: A = UIt.
В каких единицах измеряется работа электрического тока
Прежде чем непосредственно решать вопрос, в чем измеряется работа электрического тока, необходимо собрать единицы измерений всех физических величин, с помощью которых вычисляется этот параметр. Любая работа измеряется в джоулях, следовательно, единицей измерения данной величины будет 1 Джоуль (1 Дж). Напряжение измеряется в вольтах, сила тока – в амперах, а время – в секундах. Значит единица измерения будет выглядеть следующим образом: 1 Дж = 1В х 1А х 1с.
Исходя из полученных единиц измерения, работа эл тока будет определяться, как произведение силы тока на участке цепи, напряжения на концах участка и промежутка времени, за которое ток протекает по проводнику.
Измерение проводятся с помощью амперметра, вольтметра и часов. Эти приборы позволяют эффективно решить проблему, как найти точное значение данного параметра. При включении амперметра и вольтметра в цепь, необходимо следить за их показаниями в течение установленного промежутка времени. Полученные данные вставляются в формулу, после чего выводится конечный результат.
Функции всех трех приборов объединяются в электросчетчиках, учитывающих потребленную энергию, а фактически работу, совершенную электротоком. Здесь используется уже другая единица – 1 кВт х ч, что также означает, сколько работы было совершено в течение единицы времени.
Способность
тела производить работу называется
энергией
тела. Таким
образом, мерой количества энергии
является работа. Энергия тела тем больше,
чем большую работу может произвести
это тело при своем движении. Энергия не
исчезает, а переходит из одной формы в
другую. Например, в генераторе механическая
энергия преобразуется в электрическую
энергию, а в двигателе – электрическая
в механическую. Однако не вся энергия
является полезной, т.е. часть ее расходуется
на преодоление внутреннего сопротивления
источника и проводов.
Работа
электрического тока
численно равна произведению напряжения,
силы тока в цепи и времени его прохождения.
Единица измерения – Джоуль.
Для
измерения работы или энергии электрического
тока используется электроизмерительный
прибор − счетчик
электрической энергии.
Электрическая
энергия помимо джоулей измеряется в
ватт-часах
или киловатт-часах:
1
Вт·ч = 3 600 Дж, 1 кВт·ч = 1 000 Вт·ч.
Мощность
электрического тока
– это работа, производимая (или
потребляемая) в единицу времени. Единица
измерения – Ватт.
Для
измерения мощности электрического тока
используется электроизмерительный
прибор − ваттметр.
Кратными
единицами измерения мощности являются
киловатт или мегаватт:
1
кВт = 1 000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.
В
табл. 1 приведена мощность ряда устройств.
Таблица
1
|
Название |
Мощность |
|
Лампа |
0,001 |
|
Холодильник |
0,11 |
|
Лампы |
0,015 |
|
Электрический |
0,3 |
|
Стиральная |
0,35 |
|
Электрическая |
0,6; |
|
Электропылесос |
до |
|
Лампы |
5 |
|
Двигатель |
650 |
|
Электродвигатель |
6000 |
|
Гидрогенератор |
250 |
|
Турбогенератор |
50 |
Соотношения
между мощностью, током, напряжением и
сопротивлением приведены на рис. 1.
P
U
I
R
R·I
Рис.
1
Скорость,
с которой механическая или другая
энергия преобразуется в источнике в
электрическую называется мощностью
источника:
где
Wи
–
электрическая энергия источника.
Скорость,
с которой электрическая энергия
преобразуется в приемнике в другие виды
энергии, в частности в тепловую, называется
мощностью
приемника:
Мощность,
определяющая непроизвольный расход
энергии, например, на тепловые потери
в источнике или в проводниках, называют
мощностью потерь:
По
закону сохранения энергии мощность
источника равна сумме мощностей
потребителей и потерь:
Это
выражение представляет собой баланс
мощностей.
Эффективность
передачи энергии от источника к приемнику
характеризует коэффициент полезного
действия (КПД) источника:
где
Р1
или Рист
– мощность, отдаваемая источником
энергии во внешнюю цепь;
Р2
– мощность, получаемая извне или
потребляемая мощность;
∆P
или Р0
(Рвн)
– мощность, расходуемая на преодоление
потерь в источник или приемнике энергии.
Электрический
ток представляет собой направленное
движение электрически заряженных
частиц. При столкновении движущихся
частиц с молекулами и ионами вещества
кинетическая энергия движущихся частиц
передается ионам и молекулам, вследствие
чего происходит нагревание проводника.
Таким образом, электрическая энергия
преобразуется в тепловую.
В
1844 г. русским академиком Э.Х.
Ленцем
и английским ученым Джоулем
одновременно и независимо друг от друга
был открыт закон, описывающий тепловое
действие тока.
Закон
Джоуля-Ленца:
при
прохождении электрического тока по
проводнику количество теплоты, выделяемое
проводником, прямо пропорционально
квадрату силы тока, сопротивлению
проводника и времени, в течение которого
электрический ток протекает по проводнику:
где
Q–
количество теплоты, Дж, I
– сила тока, А; R
– сопротивление проводника, Ом; t
– время, в течение которого электрический
ток протекал по проводнику, с.
Закон
Джоуля-Ленца используют при расчетах
тепловых режимов источников электроэнергии,
линий электропередачи, потребителей и
других элементов электрической цепи.
Преобразование электроэнергии в тепловую
имеет очень большое практическое
значение. Вместе с тем тепловое действие
во многих случаях оказывается вредным
(рис. 2).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #