قوة قانون واط (تطبيقات - تمارين)

فواتير الخدمة الكهربائية يعتمد على استهلاك الطاقة الكهربائيةلذلك ، من المفيد جدًا فهم ماهيتها وكيفية قياسها وكيفية تقليل الاستهلاك من خلال تطبيق قانون واط. بالإضافة إلى ذلك ، فهو متغير أساسي لدراسة الشبكات الكهربائية ، وفي تصميم الأجهزة الكهربائية.

وضع العالم وات قانونًا ، سمي باسمه ، يسمح لنا بحساب هذا المتغير المهم. بعد ذلك دراسة هذا القانون وتطبيقاته.

مفاهيم أساسية:

• دائرة كهربائية: الربط البيني للعناصر الكهربائية التي يمكن أن يتدفق التيار الكهربائي من خلالها.

• التيار الكهربائي: تدفق الشحنة الكهربائية لكل وحدة زمنية عبر مادة موصلة. يقاس بالأمبير (A).

• التوتر الكهربائي: يُعرف أيضًا باسم الجهد الكهربائي أو فرق الجهد. إنها الطاقة اللازمة لتحريك شحنة كهربائية عبر عنصر. يقاس بالفولت (V).

• انيرجيا: القدرة على القيام بالعمل. يقاس بالجول (J) أو بالواط / ساعة (Wh).

• الطاقة الكهربائية: كمية الطاقة التي يوفرها عنصر ما أو يمتصها في وقت معين. تُقاس الطاقة الكهربائية بالواط أو الواط ، ويُرمز لها بالحرف W.

ربما تكون مهتمًا بـ: قانون أوم وأسراره وتمارينه وما يؤسسه

قانون واط

ينص قانون وات على ذلك "يتم تحديد الطاقة الكهربائية التي يستهلكها الجهاز أو يسلمها من خلال الجهد والتيار المتدفق عبر الجهاز."

يتم الحصول على الطاقة الكهربائية للجهاز ، وفقًا لقانون واط ، من خلال التعبير:

P = V x أنا

تُقاس الطاقة الكهربائية بالواط (W). غالبًا ما يستخدم "مثلث الطاقة" في الشكل 1 لتحديد الطاقة أو الجهد أو التيار الكهربائي.

في الشكل 2 ، تظهر الصيغ الموجودة في مثلث القوة.

جيمس وات (غرينوك ، اسكتلندا ، 1736-1819)

كان مهندسًا ميكانيكيًا ومخترعًا وكيميائيًا. في عام 1775 قام بتصنيع المحركات البخارية ، وبفضل مساهمته في تطوير هذه الآلات ، بدأ التطور الصناعي. إنه مبتكر المحرك الدوار ، المحرك ذو التأثير المزدوج ، أداة مؤشر ضغط البخار ، من بين أمور أخرى.

في النظام الدولي للوحدات ، وحدة الطاقة هي "واط" (Watt ، W) تكريما لهذا الرائد.

حساب استهلاك الطاقة وفوترة الخدمة الكهربائية بقانون واط

بدءًا من حقيقة أن الطاقة الكهربائية هي مقدار الطاقة التي يوفرها عنصر ما أو يمتصها في وقت معين ، يتم الحصول على الطاقة من خلال الصيغة الموضحة في الشكل 3.

تُقاس الطاقة الكهربائية عادةً بالوحدة Wh ، على الرغم من إمكانية قياسها أيضًا بالجول (1 J = 1 Ws) ، أو بالقدرة الحصانية (hp). لإجراء القياسات المختلفة ، نوصيك بقراءة مقالتنا أدوات القياس الكهربائية.

ممارسة 1 تطبيق قانون واط 

بالنسبة للعنصر في الشكل 4 ، احسب:

1. امتصاص الطاقة
2. يمتص الطاقة لمدة 60 ثانية

تمرين الحل 1

أ- يتم تحديد الطاقة الكهربائية التي يمتصها العنصر وفقًا للشكل 5.

ب- الطاقة الممتصة

النتيجة:

ع = 10 واط ؛ الطاقة = 600 جول

استهلاك الطاقة الكهربائية:

يحدد مقدمو خدمة الكهرباء الأسعار وفقًا لاستهلاك الكهرباء - يعتمد استهلاك الكهرباء على الطاقة المستهلكة في الساعة. يقاس بالكيلوواط / ساعة أو بالحصان.

استهلاك الكهرباء = الطاقة = pt

ممارسة 2 تطبيق قانون واط

بالنسبة للساعة الموضحة في الشكل 8 ، يتم شراء بطارية ليثيوم 3 فولت ، وتبلغ الطاقة المخزنة للبطارية 6.000 جول من المصنع. مع العلم أن الساعة تستهلك تيارًا كهربائيًا قدره 0.0001 أمبير ، في كم يومًا سيستغرق استبدال البطارية؟

تمرين الحل 2

يتم تحديد الطاقة الكهربائية التي تستهلكها الآلة الحاسبة باستخدام قانون واط:

إذا أعطيت الطاقة المستهلكة بواسطة الآلة الحاسبة من خلال العلاقة Energy = pt ، وحل الوقت "t" ، واستبدال قيم الطاقة والطاقة الكهربائية ، يتم الحصول على عمر البطارية. انظر الشكل 6

تتمتع البطارية بالقدرة على تشغيل الآلة الحاسبة لمدة 20.000.000 ثانية ، أي ما يعادل 7,7 شهرًا.

النتيجة:

يجب استبدال بطارية الساعة بعد 7 أشهر.

ممارسة 3 تطبيق قانون واط

يشترط معرفة تقدير المصاريف الشهرية في خدمة الكهرباء للمواطن مع العلم أن معدل استهلاك الكهرباء 0,5 دولار / كيلو وات ساعة. يوضح الشكل 7 الأجهزة التي تستهلك الكهرباء داخل المبنى:

• شاحن هاتف 30 واط ، يعمل 4 ساعات في اليوم
• كمبيوتر مكتبي ، 120 واط ، يعمل 8 ساعات في اليوم
• لمبة وهاج 60 وات تعمل 8 ساعات في اليوم
• مصباح مكتبي ، 30 وات ، يعمل لمدة ساعتين في اليوم
• كمبيوتر محمول ، 60 واط ، يعمل لمدة ساعتين في اليوم
• تلفزيون ، 20 واط ، يعمل 8 ساعات في اليوم

حل:

لتحديد استهلاك الكهرباء ، يتم استخدام علاقة استهلاك الطاقة = pt. 30 واط ويستخدم 4 ساعات في اليوم ويستهلك 120 واط او 0.120 كيلو واط ساعة في اليوم، كما هو موضح في الشكل 8.

يوضح الجدول 1 حساب الاستهلاك الكهربائي للأجهزة المحلية.  يتم استهلاك 1.900 واط أو 1.9 كيلو واط في الساعة يوميًا.

بمعدل 0,5 دولار / كيلو وات ساعة ، ستكلف الخدمة الكهربائية:

النتيجة:

تبلغ تكلفة الخدمة الكهربائية في المبنى 28,5 دولارًا شهريًا ، لاستهلاك 57 كيلو وات ساعة شهريًا.

اصطلاح الاشارة السلبية:

يمكن لعنصر أن يمتص أو يزود الطاقة. عندما يكون للقوة الكهربائية لعنصر علامة موجبة ، فإن العنصر يمتص الطاقة. إذا كانت الطاقة الكهربائية سالبة ، فإن العنصر يمد بالطاقة الكهربائية. انظر الشكل 9

تم تأسيس "اتفاقية إشارة سلبية" أن الطاقة الكهربائية:

• يكون موجبًا إذا دخل التيار من خلال الطرف الموجب للجهد في العنصر.
• يكون سالبًا إذا دخل التيار من خلال الطرف السالب. انظر الشكل 10

التمرين 4 تطبيق قانون واط

بالنسبة للعناصر الموضحة في الشكل 11 ، احسب الطاقة الكهربائية باستخدام اصطلاح الإشارة الموجبة وحدد ما إذا كان العنصر يوفر الطاقة أو يمتصها:

حل:

يوضح الشكل 12 حساب الطاقة الكهربائية في كل جهاز.

نتيجة

ل. (سنة الربح أ) عندما يدخل التيار من خلال الطرف الموجب ، تكون الطاقة موجبة:

p = 20W ، يمتص العنصر الطاقة.

ب. (ربح التمرين ب) عندما يدخل التيار من خلال الطرف الموجب ، تكون الطاقة موجبة:

p = - 6 W ، يمد العنصر بالطاقة.

استنتاجات لقانون واط:

تشير الطاقة الكهربائية ، المقاسة بالواط (W) ، إلى مدى السرعة التي يمكن بها تحويل الطاقة الكهربائية.

يوفر قانون واط معادلة حساب الطاقة الكهربائية في الأنظمة الكهربائية ، وإنشاء العلاقة المباشرة بين القدرة والجهد والتيار الكهربائي: p = vi

تعد دراسة الطاقة الكهربائية مفيدة لتحديد أداء المعدات ، في تصميمها لتقليل استهلاك الكهرباء ، لتحصيل خدمة الكهرباء ، من بين تطبيقات أخرى.

عندما يستهلك الجهاز الطاقة ، تكون الطاقة الكهربائية موجبة ، وإذا كانت تزود الطاقة تكون الطاقة سالبة. لتحليل الطاقة في الدوائر الكهربائية ، عادة ما يتم استخدام اصطلاح الإشارة الموجبة ، والذي يشير إلى أن الطاقة في عنصر ما موجبة إذا دخل التيار الكهربائي من خلال الطرف الموجب.

يمكنك أيضًا العثور على موقعنا على الويب: قانون كيرشوف ، ما الذي يؤسسه وكيفية تطبيقه