Watin lain voima (sovellukset - harjoitukset)
Sähköpalvelujen laskutus riippuu SähkövoimaSiksi on erittäin hyödyllistä ymmärtää, mikä se on, miten se mitataan ja miten vähentää kulutusta soveltamalla Watin lakia. Lisäksi se on perusmuuttuja sähköverkkojen tutkimiseen ja sähkölaitteiden suunnitteluun.
Tutkija Watt perusti lain, joka on nimetty hänen mukaansa, jonka avulla voimme laskea tämän tärkeän muuttujan. Seuraavaksi tämän lain ja sen sovellusten tutkiminen.
PERUSKONSEPTIT:
- Virtapiiri: Sähköelementtien yhteenliittäminen, joiden läpi sähkövirta voi virrata.
- Sähkövirta: Sähkövarauksen virtaus aikayksikköä johtavan materiaalin läpi. Se mitataan ampeereina (A).
- Sähköjännite: Tunnetaan myös nimellä sähköjännite tai potentiaaliero. Se on energia, jota tarvitaan sähkövarauksen siirtämiseen elementin läpi. Se mitataan voltteina (V).
- energia: Kyky tehdä työtä. Se mitataan jouleina (J) tai wattitunteina (Wh).
- Sähkövoima: energiamäärä, jonka elementti toimittaa tai absorboi tiettynä aikana. Sähköteho mitataan watteina tai watteina, sitä symboloi W-kirjain.
Ehkä saatat olla kiinnostunut: Ohmin laki ja sen salaisuudet, harjoitukset ja mitä se vahvistaa
Watin laki
Watin laissa todetaan "Laitteen kuluttama tai toimittama sähköteho määräytyy laitteen läpi virtaavan jännitteen ja virran mukaan."
Laitteen sähköteho Watin lain mukaan saadaan ilmaisulla:
P = V x I
Sähköteho mitataan watteina (W). Kuvan 1 ”tehokolmiota” käytetään usein virran, jännitteen tai sähkövirran määrittämiseen.
Kuvassa 2 esitetään tehokolmion sisältämät kaavat.
James Watt (Greenok, Skotlanti, 1736-1819)
Hän oli mekaaninen insinööri, keksijä ja kemisti. Vuonna 1775 hän valmisti höyrykoneita, kiitos panoksensa näiden koneiden kehittämiseen, alkoi teollisuuskehitys. Hän on muun muassa pyörivän moottorin, kaksitoimimoottorin, höyrynpaineen osoittimen instrumentin luoja.
Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä voimayksikkö on ”watti” (Watt, W) tämän tienraivaajan kunniaksi.
Energiankulutuksen ja sähköpalvelujen laskutuksen laskeminen Watin lain mukaan
Alkaen siitä, että sähköteho on energian määrä, jonka elementti tuottaa tai absorboi tiettynä aikana, energia saadaan kuvion 3 kaavalla.
Sähköenergia mitataan yleensä Wh-yksikössä, vaikka se voidaan myös mitata jouleina (1 J = 1 Ws) tai hevosvoimina (hv). Eri mittausten suorittamiseksi suosittelemme lukemaan artikkeli sähköiset mittauslaitteet.
1-harjoitus soveltamalla Watin lakia
Laske kuvan 4 elementille:
- Absorboitu voima
- Energiaa absorboidaan 60 sekunnin ajan
Ratkaisuharjoitus 1
A. - Elementin absorboima sähköteho määritetään kuvan 5 mukaisesti.
B.- Absorboitu energia
tulos:
p = 10 W; Energia = 600 J
Sähköenergian kulutus:
Sähköpalvelujen tarjoajat vahvistavat hinnat sähkönkulutuksen mukaan, sähkönkulutus riippuu tunnissa kulutetusta tehosta. Se mitataan kilowattitunteina (kWh) tai hevosvoimina (hv).
Sähkön kulutus = energia = pt
2-harjoitus soveltamalla Watin lakia
Kuvan 8 kelloa varten ostetaan 3 V: n litiumparisto, jonka akun varastoitu energia on tehtaalta 6.000 joulea. Tietäen, että kello kuluttaa 0.0001 A: n sähkövirtaa, kuinka monessa päivässä akun vaihto kestää?
Ratkaisuharjoitus 2
Laskimen kuluttama sähköteho määritetään Watin lain mukaan:
Jos laskimen kuluttama energia saadaan suhteesta Energia = pt, ratkaisemalla aika "t" ja korvaamalla energian ja sähkötehon arvot, saadaan pariston käyttöikä. Katso kuva 6
Akulla on kapasiteetti pitää laskin päällä 20.000.000 7,7 XNUMX sekunnin ajan, mikä vastaa XNUMX kuukautta.
tulos:
Kellon paristo tulee vaihtaa 7 kuukauden kuluttua.
3-harjoitus soveltamalla Watin lakia
Sen on tiedettävä arvio paikallisen sähköpalvelun kuukausikuluista tietäen, että sähkönkulutusaste on 0,5 $ / kWh. Kuvassa 7 on esitetty laitteita, jotka kuluttavat sähköä tiloissa:
- 30 W: n puhelimen laturi, joka toimii 4 tuntia päivässä
- Pöytätietokone, 120 W, toimii 8 tuntia päivässä
- Hehkulamppu, 60 W, toimii 8 tuntia päivässä
- 30 W: n pöytälamppu toimii 2 tuntia päivässä
- Kannettava tietokone, 60 W, toimii 2 tuntia päivässä
- 20 W: n televisio, joka toimii 8 tuntia päivässä
Ratkaisu:
Sähkönkulutuksen määrittämiseksi käytetään suhdetta Energiankulutus = pt, joten puhelimen laturille, joka kuluttaa 30 W ja sitä käytetään 4 tuntia päivässä, se kuluttaa 120 Wh tai 0.120 kWh päivässä, kuten kuvassa 8 on esitetty.
Taulukossa 1 on esitetty paikallisten laitteiden sähkönkulutuksen laskenta. 1.900 Wh tai 1.9 kWh kulutetaan päivittäin.
Nopeudella 0,5 $ / kWh sähköpalvelu maksaa:
tulos:
Tiloissa tapahtuvan sähköpalvelun hinta on 28,5 dollaria kuukaudessa, kun kulutus on 57 kWh kuukaudessa.
Passiivisten merkkien käytäntö:
Elementti voi absorboida tai syöttää energiaa. Kun elementin sähköteholla on positiivinen merkki, elementti absorboi energiaa. Jos sähköteho on negatiivinen, elementti syöttää sähköenergiaa. Katso kuva 9
"Passiivisten merkkien käytäntönä" todettiin, että sähköteho:
- On positiivista, jos virta tulee elementin jännitteen positiivisen navan kautta.
- Se on negatiivinen, jos virta tulee negatiivisen navan kautta. Katso kuva 10
Harjoitus 4 Wattin lain mukaisesti
Laske kuvassa 11 esitettyjen elementtien sähköteho positiivisten merkkien käytännön avulla ja ilmoita, syöttääkö elementti vai absorboi energiaa:
Ratkaisu:
Kuvassa 12 on esitetty kunkin laitteen sähkötehon laskenta.
Tulos
TO. (Voittovuosi A) Kun virta tulee positiivisen navan kautta, teho on positiivinen:
p = 20W, elementti absorboi energiaa.
B. (Liikunnan voitto B) Kun virta tulee positiivisen navan kautta, teho on positiivinen:
p = - 6 W, elementti syöttää virtaa.
Johtopäätökset Watin laista:
Sähköteho mitattuna watteina (W) ilmaisee kuinka nopeasti sähköenergia voidaan muuntaa.
Watin laki tarjoaa yhtälön sähköjärjestelmien sähkötehon laskemiseksi, mikä vahvistaa suoran suhteen tehon, jännitteen ja sähkövirran välillä: p = vi
Sähkön tutkiminen on hyödyllistä määritettäessä laitteiden suorituskykyä, suunniteltaessa niitä sähkönkulutuksen vähentämiseksi, sähköpalvelujen keräämiseksi muun muassa.
Kun laite kuluttaa energiaa, sähköteho on positiivinen, jos se tuottaa energiaa, teho on negatiivinen. Sähköpiirien tehon analysointiin käytetään yleensä positiivisen merkin käytäntöä, mikä osoittaa, että elementin teho on positiivinen, jos sähkövirta tulee positiivisen navan kautta.
Myös verkkosivuiltamme löydät: Kirchhoffin laki, mitä se vahvistaa ja miten sitä sovelletaan
