Kraften i Watt's lov (applikationer - øvelser)
Fakturering af el-service afhænger af forbruget af elektrisk strømDerfor er det meget nyttigt at forstå, hvad det er, hvordan det måles, og hvordan man reducerer forbruget ved at anvende Watts lov. Derudover er det en grundlæggende variabel til undersøgelse af elektriske netværk og i design af elektriske apparater.
Forskeren Watt etablerede en lov, opkaldt efter ham, der tillader os at beregne denne vigtige variabel. Dernæst studiet af denne lov og dens anvendelser.
BASALE KONCEPTER:
- Elektrisk kredsløb: Sammenkobling af elektriske elementer, gennem hvilke en elektrisk strøm kan strømme.
- Elektrisk strøm: Elektrisk ladestrøm pr. Tidsenhed gennem et ledende materiale. Det måles i forstærkere (A).
- Elektrisk spænding: Også kendt som elektrisk spænding eller potentialforskel. Det er den nødvendige energi til at flytte en elektrisk ladning gennem et element. Det måles i volt (V).
- Energía: Evne til at udføre arbejde. Det måles i joule (J) eller i wattimer (Wh).
- Elektrisk strøm: mængde energi, som et element leverer eller absorberer på et givet tidspunkt. Elektrisk effekt måles i watt eller watt, det symboliseres med bogstavet W.
Måske er du måske interesseret i: Ohms lov og dens hemmeligheder, øvelser og hvad den fastlægger
Watts lov
Watts lov siger, at "Den elektriske strøm, som en enhed bruger eller leverer, bestemmes af spændingen og strømmen, der strømmer gennem enheden."
Den elektriske kraft i en enhed ifølge Watt's lov gives ved udtrykket:
P = V x I
Elektrisk effekt måles i watt (W). "Effektstriangel" i figur 1 bruges ofte til at bestemme strøm, spænding eller elektrisk strøm.
I figur 2 er formlerne indeholdt i effekttrekanten vist.
James Watt (Greenok, Skotland, 1736-1819)
Han var maskiningeniør, opfinder og kemiker. I 1775 fremstillede han dampmaskiner takket være hans bidrag til udviklingen af disse maskiner begyndte den industrielle udvikling. Han er skaberen af den roterende motor, dobbelt effekt motor, damptryk indikator instrument, blandt andre.
I det internationale system af enheder er enheden til magt "watt" (Watt, W) til ære for denne pioner.
Beregning af energiforbrug og el-fakturering ved hjælp af Watts lov
Med udgangspunkt i det faktum, at elektrisk kraft er den mængde energi, som et element leverer eller absorberer inden for en given tid, gives energien med formlen i figur 3.
Elektrisk energi måles normalt i enheden Wh, skønt den også kan måles i joule (1 J = 1 Ws) eller i hestekræfter (hk). For at foretage de forskellige målinger anbefaler vi, at du læser vores artikel om elektriske måleinstrumenter.
1 øvelse anvendelse af Watts lov
For elementet i figur 4 beregnes:
- Absorberet strøm
- Energi absorberet i 60 sekunder
Løsning Øvelse 1
A. - Den elektriske effekt, der absorberes af elementet, bestemmes i henhold til figur 5.
B. - Absorberet energi
resultat:
p = 10 W; Energi = 600 J
Forbrug af elektrisk energi:
Eludbydere fastsætter takster i henhold til elforbrug - Elforbrug afhænger af den forbrugte strøm pr. Time. Det måles i kilowattimer (kWh) eller hestekræfter (hk).
Elforbrug = Energi = pt
2 øvelse anvendelse af Watts lov
Til et ur i figur 8 købes der et 3-V lithiumbatteri. Batteriet har en lagret energi på 6.000 joule fra fabrikken. At vide, at uret bruger en elektrisk strøm på 0.0001 A, i hvor mange dage vil det tage at udskifte batteriet?
Løsning Øvelse 2
Den elektriske strøm, der forbruges af lommeregneren, bestemmes ved hjælp af Watt's lov:
Hvis den energi, der forbruges af lommeregneren, gives af forholdet Energi = pt, løser tiden "t" og erstatter værdierne for energi og elektrisk effekt, opnås batteriets levetid. Se figur 6
Batteriet har kapacitet til at holde lommeregneren tændt i 20.000.000 sekunder, hvilket svarer til 7,7 måneder.
resultat:
Urbatteriet skal udskiftes efter 7 måneder.
3 øvelse anvendelse af Watts lov
Det er nødvendigt at kende skøn over de månedlige udgifter i elservicen for en lokal, idet man ved, at satsen for elforbrug er 0,5 $ / kWh. Figur 7 viser de enheder, der forbruger elektricitet inden for lokalerne:
- 30 W telefonoplader, der fungerer 4 timer om dagen
- Stationær computer, 120 W, der fungerer 8 timer om dagen
- Glødepære, 60 W, kører 8 timer om dagen
- Skrivebordslampe, 30 W, kører 2 timer om dagen
- Bærbar computer, 60 W, kører 2 timer om dagen
- TV, 20 W, kører 8 timer om dagen
Opløsning:
For at bestemme elforbruget anvendes forholdet Energiforbrug = pt. Således til telefonopladeren, der forbruger 30 W og bruges 4 timer om dagen, det forbruger 120 Wh eller 0.120Kwh pr. Dagsom vist i figur 8.
Tabel 1 viser beregningen af det elektriske forbrug af de lokale enheder. 1.900 Wh eller 1.9kWh forbruges dagligt.
Med en hastighed på 0,5 $ / kWh koster den elektriske service:
resultat:
Omkostningerne ved el-service i lokalerne er $ 28,5 pr. Måned for et forbrug på 57 kWh pr. Måned.
Konvention om passivt tegn:
Et element kan absorbere eller levere energi. Når et elements elektriske effekt har et positivt tegn, absorberer elementet energi. Hvis den elektriske effekt er negativ, leverer elementet elektrisk energi. Se figur 9
Det blev etableret som en "passiv tegnkonvention" om, at elektrisk kraft:
- Det er positivt, hvis strømmen kommer ind gennem den positive terminal af spændingen i elementet.
- Det er negativt, hvis strømmen kommer ind gennem den negative terminal. Se figur 10
Øvelse 4 med anvendelse af Watts lov
For elementerne vist i figur 11 skal du beregne den elektriske effekt ved hjælp af positivt tegnkonvention og angive, om elementet leverer eller absorberer energi:
Opløsning:
Figur 12 viser beregningen af den elektriske effekt i hver enhed.
Resultat
TIL. (Resultatår A) Når strømmen kommer ind gennem den positive terminal, er effekten positiv:
p = 20W, absorberer elementet energi.
B. (Overskud til øvelse B) Når strømmen kommer ind gennem den positive terminal, er effekten positiv:
p = - 6 W, leverer elementet strøm.
Konklusioner for Watt's lov:
Elektrisk effekt målt i watt (W) angiver, hvor hurtig elektrisk energi kan transformeres.
Watt's lov tilvejebringer ligningen til beregning af elektrisk kraft i elektriske systemer, der fastlægger det direkte forhold mellem effekt, spænding og elektrisk strøm: p = vi
Undersøgelsen af elektrisk strøm er nyttig til at bestemme udstyrets ydeevne i design af det samme for at reducere elforbruget til indsamling af elservice, blandt andre applikationer.
Når en enhed bruger energi, er den elektriske effekt positiv, hvis den leverer energi, er effekten negativ. Til analyse af effekt i elektriske kredsløb anvendes normalt positivt tegnkonventionen, hvilket indikerer, at effekten i et element er positiv, hvis den elektriske strøm kommer ind gennem den positive terminal.
Også på vores hjemmeside kan du finde: Kirchhoffs lov, hvad den fastlægger, og hvordan man anvender den
