La Potència de la Llei de Watt (Aplicacions - Exercicis)
La facturació de l'servei elèctric depèn de l'consum de la potència elèctrica, Per tant, és molt útil entendre què és, com es mesura i com disminuir el consum aplicant la llei de Watt. A més, és una variable bàsica per a l'estudi de xarxes elèctriques, i en el disseny de dispositius elèctrics.
El científic Watt va establir una llei, que porta el seu nom, que permet calcular aquesta variable tan important. A continuació, l'estudi d'aquesta Llei i les seves aplicacions.
CONCEPTES BÀSICS:
- Circuit elèctric: Interconnexió d'elements elèctrics per on pot fluir un corrent elèctric.
- Corrent elèctric: Flux de càrrega elèctrica per unitat de temps a través d'un material conductor. Es mesura en amperes (A).
- Tensió elèctrica: També coneguda com a diferència de potencial o voltatge elèctric. És l'energia requerida per moure una càrrega elèctrica a través d'un element. Es mesura en volts (V).
- energia: Capacitat per a realitzar treball. Es mesura en joule (J), o en watts-hores (Wh).
- Potència elèctrica: quantitat d'energia que lliura o absorbeix un element en un temps determinat. La potència elèctrica es mesura en watts o watts, es simbolitza per la lletra W.
Potser et pugui interessar: Llei d'Ohm i els seus secrets, exercicis i què estableix
Llei de Watt
La Llei de Watt estableix que "La potència elèctrica que consumeix o lliura un dispositiu és determinada pel voltatge i el corrent que circula pel dispositiu".
La potència elèctrica d'un dispositiu, segons la Llei de Watt, ve donada per l'expressió:
P = V x I
La potència elèctrica es mesura en watts (W). Se sol utilitzar el "triangle de potència", de la figura 1, que permet determinar la potència, el voltatge o el corrent elèctric.
A la figura 2 es mostren les formules contingudes en el triangle de potència.
James Watt (Greenok, Escòcia, 1736- 1819)
Va ser enginyer mecànic, inventor i químic. En 1775 fabrica màquines de vapor, gràcies a la seva contribució en el desenvolupament d'aquestes màquines comença el desenvolupament industrial. És el creador de l'motor rotatiu, motor de doble efecte, instrument indicador de pressió de vapor, entre d'altres.
En el sistema internacional d'unitats, la unitat per la potència és el "watt" (Watt, W) en honor a aquest pioner.
Càlcul de l'consum d'energia i facturació de l'servei elèctric usant la llei de Watt
Partint que la potència elèctrica és la quantitat d'energia que lliura o absorbeix un element en un temps determinat, l'energia ve donada per la fórmula de la figura 3.
L'energia elèctrica sol mesurar-se en la unitat Wh, encara que també es pot mesurar en joule (1 J = 1 Ws), o en cavalls de força (hp). Per fer les diferents mesuraments et recomanem llegir el nostre article sobre els instruments de mesura elèctrica.
exercici 1 aplicant la llei de Watt
Per a l'element de la figura 4, calculeu:
- potència absorbida
- Energia absorbida durant 60 segons
Solució Exercici 1
A.- La potència elèctrica absorbida per l'element es determina d'acord amb la figura 5.
B.- Energia absorbida
resultat:
p = 10 W; Energia = 600 J
Consum d'energia elèctrica:
Les companyies proveïdores de el servei elèctric s'estableixen tarifes d'acord a el consum de electricitat-El consum d'energia elèctrica depèn la potència consumida per hora. Es mesura en kilowatts-hora (kWh), o en cavalls força (hp).
Consum elèctric = Energia = pt
exercici 2 aplicant la llei de Watt
Per a un rellotge de la figura 8, s'adquireix una bateria de liti de 3 V. La bateria té, de fàbrica, una energia emmagatzemada de 6.000 joule. Sabent que el rellotge consumeix un corrent elèctric de 0.0001 A, En quants dies es requerirà reemplaçar la bateria?
Solució Exercici 2
La potència elèctrica que consumeix la calculadora es determina utilitzant la Llei de Watt:
Si l'energia que consumeix la calculadora ve donada per la relació Energia = pt, buidant el temps "t", i substituint els valors de l'energia i potència elèctrica s'obté el temps de durada de la bateria. Veure figura 6
La bateria té capacitat de mantenir encesa la calculadora durant 20.000.000 segons, el que equival a 7,7 mesos.
resultat:
La bateria de l'rellotge s'ha de reemplaçar als 7 mesos.
exercici 3 aplicant la llei de Watt
Es requereix conèixer l'estimat de despeses mensuals en el servei d'electricitat per a un local, sabent que la tarifa per consum elèctric és de 0,5 $ / kWh. A la figura 7 es mostren els dispositius que consumeixen electricitat dins el local:
- Carregador de telèfon de 30 W, operatiu 4 hores diàries
- Ordinador de sobretaula, de 120 W, operatiu 8 hores diàries
- Bombí incandescent, de 60 W, operatiu 8 hores diàries
- Llum d'escriptori, de 30 W, operativa 2 hores diàries
- Computador portàtil, 60 W, operativa 2 hores diàries
- Televisor, de 20 W, operatiu 8 hores diàries
Solució:
Per determinar el consum elèctric s'utilitza la relació Consum Energia = pt Així, per al carregador de telèfon, que consumeix 30 W i s'utilitza 4 hores diàries, consumirà a el dia 120 Wh o 0.120Kwh, Segons es mostra a la figura 8.
A la taula 1 es troba el càlcul de consum elèctric dels dispositius de el local. Diàriament es consumeixen 1.900 Wh o 1.9kWh.
Amb una tarifa de 0,5 $ / kWh, el servei elèctric tindrà un cost de:
resultat:
La despesa en servei elèctric al local és de 28,5 $ a el mes, per a un consum de 57 kWh mensuals.
Convenció passiva de signes:
Un element pot absorbir o subministrar energia. Quan la potència elèctrica d'un element té signe positiu l'element està absorbint energia. Si la potència elèctrica és de signe negatiu, l'element és subministrant energia elèctrica. Veure figura 9
Es va establir com "convenció passiva de signes" que la potència elèctrica:
- És positiva si el corrent entra pel terminal positiu de la tensió en l'element.
- És negativa si el corrent entra pel terminal negatiu. Veure figura 10
Exercici 4 aplicant llei de Watt
Per als elements mostrats en la figura 11, calculi la potència elèctrica usant la convenció positiva de signes i indiqui si l'element subministra o absorbeix energia:
Solució:
A la figura 12 es mostra el càlcul de la potència elèctrica en cada dispositiu.
Resultar
A. (Resultat exercici A) Quan el corrent entra per acaba positiu la potència és positiva:
p = 20W, l'element absorbeix energia.
B. (Resultat exercici B) Quan el corrent entra per acaba positiu la potència és positiva:
p = - 6 W, l'element subministra energia.
Conclusions per la Llei de Watt:
La potència elèctrica, mesurada en watts (W), indica a quina velocitat pot transformar l'energia elèctrica.
La Llei de Watt proporciona l'equació per al càlcul de la potència elèctrica en sistemes elèctrics, establint la relació directa entre la potència, la tensió i el corrent elèctric: p = vaig veure
L'estudi de la potència elèctrica és útil per determinar el rendiment dels equips, en el disseny dels mateixos per disminuir el consum elèctric, per al cobrament de l'servei elèctric, entre altres aplicacions.
Quan un dispositiu consumeix energia la potència elèctrica és positiva, si subministra energia la potència és negativa. Per a l'anàlisi de la potència en circuits elèctrics se sol usar la convenció positiva de signes que indica que la potència en un element és positiva si el corrent elèctric entre per terminal positiu.
També a la nostra web pots trobar: La llei de Kirchhoff, què estableix i com aplicar-la
