Die Kraft des Wattschen Gesetzes (Anwendungen - Übungen)
Elektrische Serviceabrechnung hängt vom Verbrauch der elektrische EnergieDaher ist es sehr nützlich zu verstehen, was es ist, wie es gemessen wird und wie der Verbrauch durch Anwendung des Wattschen Gesetzes gesenkt werden kann. Darüber hinaus ist es eine grundlegende Variable für das Studium elektrischer Netze und für das Design elektrischer Geräte.
Der Wissenschaftler Watt hat ein nach ihm benanntes Gesetz aufgestellt, mit dem wir diese wichtige Variable berechnen können. Als nächstes das Studium dieses Gesetzes und seiner Anwendungen.
GRUNDKONZEPTE:
- Stromkreis: Verbindung von elektrischen Elementen, durch die ein elektrischer Strom fließen kann.
- Elektrischer Strom: Elektrischer Ladungsfluss pro Zeiteinheit durch ein leitfähiges Material. Sie wird in Ampere (A) gemessen.
- Elektrische Spannung: Wird auch als elektrische Spannung oder Potentialdifferenz bezeichnet. Es ist die Energie, die benötigt wird, um eine elektrische Ladung durch ein Element zu bewegen. Sie wird in Volt (V) gemessen.
- Energía: Fähigkeit zur Arbeit. Sie wird in Joule (J) oder in Wattstunden (Wh) gemessen.
- Elektrische Energie: Energiemenge, die ein Element in einer bestimmten Zeit liefert oder absorbiert. Die elektrische Leistung wird in Watt oder Watt gemessen und durch den Buchstaben W symbolisiert.
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Wattsches Gesetz
Das Wattsche Gesetz besagt das "Die elektrische Energie, die ein Gerät verbraucht oder liefert, wird durch die Spannung und den Strom bestimmt, die durch das Gerät fließen."
Die elektrische Leistung eines Geräts nach dem Wattschen Gesetz ergibt sich aus dem Ausdruck:
P = V x I.
Die elektrische Leistung wird in Watt (W) gemessen. Das „Leistungsdreieck“ in Abbildung 1 wird häufig zur Bestimmung von Leistung, Spannung oder elektrischem Strom verwendet.
In Abbildung 2 sind die im Potenzdreieck enthaltenen Formeln dargestellt.
James Watt (Greenok, Schottland, 1736-1819)
Er war Maschinenbauingenieur, Erfinder und Chemiker. 1775 stellte er Dampfmaschinen her, dank seines Beitrags zur Entwicklung dieser Maschinen begann die industrielle Entwicklung. Er ist unter anderem der Schöpfer des Rotationsmotors, des Doppeleffektmotors und des Dampfdruckanzeigeinstruments.
Im internationalen Einheitensystem ist die Einheit für die Leistung das „Watt“ (Watt, W) zu Ehren dieses Pioniers.
Berechnung des Energieverbrauchs und der Abrechnung von Stromversorgungsleistungen nach dem Wattschen Gesetz
Ausgehend von der Tatsache, dass elektrische Energie die Energiemenge ist, die ein Element in einer bestimmten Zeit liefert oder absorbiert, wird die Energie durch die Formel in Abbildung 3 angegeben.
Die elektrische Energie wird normalerweise in der Einheit Wh gemessen, obwohl sie auch in Joule (1 J = 1 Ws) oder in PS (PS) gemessen werden kann. Um die verschiedenen Messungen durchzuführen, empfehlen wir Ihnen, unseren Artikel über zu lesen elektrische Messgeräte.
Übung 1 Anwendung des Wattschen Gesetzes
Berechnen Sie für das Element in Abbildung 4:
- Aufgenommene Kraft
- Energie für 60 Sekunden absorbiert
Lösungsübung 1
A.- Die vom Element aufgenommene elektrische Leistung wird gemäß Abbildung 5 bestimmt.
B.- Absorbierte Energie
Ergebnis:
p = 10 W; Energie = 600 J.
Verbrauch elektrischer Energie:
Stromversorger legen die Tarife entsprechend dem Stromverbrauch fest. Der Stromverbrauch hängt vom Stromverbrauch pro Stunde ab. Sie wird in Kilowattstunden (kWh) oder PS (PS) gemessen.
Stromverbrauch = Energie = pt
Übung 2 Anwendung des Wattschen Gesetzes
Für eine Uhr in Abbildung 8 wird eine 3-V-Lithiumbatterie gekauft. Die Batterie hat ab Werk eine gespeicherte Energie von 6.000 Joule. Wenn Sie wissen, dass die Uhr einen elektrischen Strom von 0.0001 A verbraucht, wie viele Tage dauert es, bis die Batterie ausgetauscht ist?
Lösungsübung 2
Die vom Taschenrechner verbrauchte elektrische Leistung wird nach dem Wattschen Gesetz bestimmt:
Wenn die vom Rechner verbrauchte Energie durch die Beziehung Energie = pt gegeben ist, die Zeit "t" gelöst und die Werte von Energie und elektrischer Leistung ersetzt werden, wird die Batterielebensdauer erhalten. Siehe Abbildung 6
Der Akku kann den Taschenrechner 20.000.000 Sekunden lang eingeschaltet lassen, was 7,7 Monaten entspricht.
Ergebnis:
Die Uhrbatterie sollte nach 7 Monaten ausgetauscht werden.
Übung 3 Anwendung des Wattschen Gesetzes
Es ist erforderlich, die Schätzung der monatlichen Ausgaben im Stromversorgungsdienst für einen Einheimischen zu kennen, wobei bekannt ist, dass der Stromverbrauch 0,5 USD / kWh beträgt. Abbildung 7 zeigt die Geräte, die in den Räumlichkeiten Strom verbrauchen:
- 30-W-Telefonladegerät, 4 Stunden am Tag in Betrieb
- Desktop-Computer, 120 W, 8 Stunden am Tag
- Glühlampe, 60 W, 8 Stunden am Tag in Betrieb
- Schreibtischlampe, 30 W, arbeitet 2 Stunden am Tag
- Laptop, 60 W, 2 Stunden am Tag in Betrieb
- TV, 20 W, 8 Stunden am Tag
Lösung:
Zur Bestimmung des Stromverbrauchs wird das Verhältnis Energieverbrauch = pt verwendet. 30 W und wird 4 Stunden am Tag verwendet, verbraucht es 120 Wh oder 0.120 kWh pro Tag, wie in Abbildung 8 gezeigt.
Tabelle 1 zeigt die Berechnung des Stromverbrauchs der lokalen Geräte. Täglich werden 1.900 Wh oder 1.9 kWh verbraucht.
Bei einer Rate von 0,5 $ / kWh kostet der elektrische Service:
Ergebnis:
Die Kosten für die Stromversorgung in den Räumlichkeiten betragen 28,5 USD pro Monat bei einem Verbrauch von 57 kWh pro Monat.
Passive Zeichenkonvention:
Ein Element kann Energie aufnehmen oder liefern. Wenn die elektrische Leistung eines Elements ein positives Vorzeichen hat, absorbiert das Element Energie. Wenn die elektrische Leistung negativ ist, liefert das Element elektrische Energie. Siehe Abbildung 9
Es wurde als "passive Vorzeichenkonvention" festgelegt, dass elektrische Energie:
- Es ist positiv, wenn der Strom durch den positiven Anschluss der Spannung im Element eintritt.
- Es ist negativ, wenn der Strom durch den negativen Anschluss fließt. Siehe Abbildung 10
Übung 4 unter Anwendung des Wattschen Gesetzes
Berechnen Sie für die in Abbildung 11 gezeigten Elemente die elektrische Leistung anhand der Konvention mit positivem Vorzeichen und geben Sie an, ob das Element Energie liefert oder absorbiert:
Lösung:
Abbildung 12 zeigt die Berechnung der elektrischen Leistung in jedem Gerät.
Folge
TO. (Gewinnjahr A.) Wenn der Strom durch den Pluspol fließt, ist die Leistung positiv:
p = 20 W, das Element absorbiert Energie.
B. (Gewinn für Übung B.) Wenn der Strom durch den Pluspol fließt, ist die Leistung positiv:
p = - 6 W liefert das Element Strom.
Schlussfolgerungen für das Wattsche Gesetz:
Die in Watt (W) gemessene elektrische Leistung gibt an, wie schnell elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Das Wattsche Gesetz liefert die Gleichung für die Berechnung der elektrischen Leistung in elektrischen Systemen, wobei die direkte Beziehung zwischen Leistung, Spannung und elektrischem Strom hergestellt wird: p = vi
Die Untersuchung der elektrischen Leistung ist nützlich, um die Leistung der Ausrüstung zu bestimmen, unter anderem bei der Auslegung derselben, um den Stromverbrauch zu senken, für die Erfassung der elektrischen Leistung.
Wenn ein Gerät Energie verbraucht, ist die elektrische Leistung positiv, wenn es Energie liefert, ist die Leistung negativ. Für die Analyse der Leistung in elektrischen Schaltkreisen wird üblicherweise die Konvention mit positivem Vorzeichen verwendet, die angibt, dass die Leistung in einem Element positiv ist, wenn der elektrische Strom durch den positiven Anschluss eintritt.
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