La puissance de la loi de Watt (Applications - Exercices)
Facturation du service électrique dépend de la consommation du pouvoir électriquePar conséquent, il est très utile de comprendre ce que c'est, comment il est mesuré et comment réduire la consommation en appliquant la loi de Watt. De plus, c'est une variable de base pour l'étude des réseaux électriques et dans la conception des appareils électriques.
Le scientifique Watt a établi une loi, qui porte son nom, qui nous permet de calculer cette variable importante. Ensuite, l'étude de cette loi et de ses applications.
DES CONCEPTS BASIQUES:
- Circuit électrique: Interconnexion d'éléments électriques à travers lesquels un courant électrique peut circuler.
- Courant électrique: Flux de charge électrique par unité de temps à travers un matériau conducteur. Il est mesuré en ampères (A).
- Tension électrique: Également appelé tension électrique ou différence de potentiel. C'est l'énergie nécessaire pour déplacer une charge électrique à travers un élément. Il est mesuré en volts (V).
- Energía: Capacité à travailler. Il se mesure en joule (J) ou en wattheures (Wh).
- Pouvoir électrique: quantité d'énergie qu'un élément délivre ou absorbe en un temps donné. La puissance électrique est mesurée en watts ou watts, elle est symbolisée par la lettre W.
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Loi de Watt
La loi de Watt stipule que "La puissance électrique qu'un appareil consomme ou délivre est déterminée par la tension et le courant circulant dans l'appareil."
La puissance électrique d'un appareil, selon la loi de Watt, est donnée par l'expression:
P = V x I
La puissance électrique est mesurée en watts (W). Le «triangle de puissance» de la figure 1 est souvent utilisé pour déterminer la puissance, la tension ou le courant électrique.
Dans la figure 2, les formules contenues dans le triangle de puissance sont présentées.
James Watt (Greenok, Écosse, 1736-1819)
Il était ingénieur en mécanique, inventeur et chimiste. En 1775, il fabriqua des machines à vapeur, grâce à sa contribution au développement de ces machines, le développement industriel commença. Il est le créateur du moteur rotatif, du moteur à double effet, de l'instrument indicateur de pression de vapeur, entre autres.
Dans le système international d'unités, l'unité de puissance est le «watt» (Watt, W) en l'honneur de ce pionnier.
Calcul de la consommation d'énergie et de la facturation du service électrique selon la loi de Watt
Partant du fait que la puissance électrique est la quantité d'énergie qu'un élément délivre ou absorbe en un temps donné, l'énergie est donnée par la formule de la figure 3.
L'énergie électrique est généralement mesurée dans l'unité Wh, bien qu'elle puisse également être mesurée en joule (1 J = 1 Ws), ou en puissance (hp). Pour réaliser les différentes mesures nous vous recommandons de lire notre article sur instruments de mesure électriques.
exercice 1 appliquer la loi de Watt
Pour l'élément de la figure 4, calculez:
- Puissance absorbée
- Énergie absorbée pendant 60 secondes
Exercice de la solution 1
A.- La puissance électrique absorbée par l'élément est déterminée selon la figure 5.
B.- Énergie absorbée
Résultat:
p = 10 W; Énergie = 600 J
Consommation d'énergie électrique:
Les fournisseurs de services électriques établissent des tarifs en fonction de la consommation d'électricité, la consommation d'énergie électrique dépend de la puissance consommée par heure. Il est mesuré en kilowattheures (kWh) ou en puissance (ch).
Consommation d'électricité = Énergie = pt
exercice 2 appliquer la loi de Watt
Pour une horloge de la figure 8, une batterie au lithium de 3 V. La batterie a une énergie stockée de 6.000 0.0001 joule en usine. Sachant que l'horloge consomme un courant électrique de XNUMX A, dans combien de jours faudra-t-il pour remplacer la pile?
Exercice de la solution 2
La puissance électrique consommée par la calculatrice est déterminée à l'aide de la loi de Watt:
Si l'énergie consommée par le calculateur est donnée par la relation Energie = pt, en résolvant le temps "t", et en substituant les valeurs d'énergie et de puissance électrique, la durée de vie de la batterie est obtenue. Voir la figure 6
La batterie a la capacité de garder la calculatrice allumée pendant 20.000.000 7,7 XNUMX secondes, ce qui équivaut à XNUMX mois.
Résultat:
La pile de l'horloge doit être remplacée après 7 mois.
exercice 3 appliquer la loi de Watt
Il est nécessaire de connaître l'estimation des dépenses mensuelles dans le service d'électricité pour un local, sachant que le tarif de consommation d'électricité est de 0,5 $ / kWh. La figure 7 montre les appareils qui consomment de l'électricité dans les locaux:
- Chargeur de téléphone 30 W, fonctionnant 4 heures par jour
- Ordinateur de bureau, 120 W, fonctionnant 8 heures par jour
- Ampoule à incandescence, 60 W, fonctionnant 8 heures par jour
- Lampe de bureau, 30 W, fonctionne 2 heures par jour
- Ordinateur portable, 60 W, fonctionnant 2 heures par jour
- TV, 20 W, fonctionnant 8 heures par jour
Solution:
Pour déterminer la consommation d'électricité, la relation Consommation d'énergie = pt est utilisée. 30 W et s'utilise 4 heures par jour, il consommera 120 Wh ou 0.120Kwh par jour, comme le montre la figure 8.
Le tableau 1 montre le calcul de la consommation électrique des appareils locaux. 1.900 1.9 Wh ou XNUMX kWh sont consommés quotidiennement.
Avec un tarif de 0,5 $ / kWh, le service électrique coûtera:
Résultat:
Le coût du service électrique dans les locaux est de 28,5 $ par mois, pour une consommation de 57 kWh par mois.
Convention de signe passif:
Un élément peut absorber ou fournir de l'énergie. Lorsque la puissance électrique d'un élément a un signe positif, l'élément absorbe de l'énergie. Si la puissance électrique est négative, l'élément fournit de l'énergie électrique. Voir la figure 9
Il a été établi en tant que "convention de signe passif" que l'énergie électrique:
- Il est positif si le courant entre par la borne positive de la tension dans l'élément.
- Il est négatif si le courant entre par la borne négative. Voir la figure 10
Exercice 4 Application de la loi de Watt
Pour les éléments représentés sur la figure 11, calculez la puissance électrique en utilisant la convention du signe positif et indiquez si l'élément fournit ou absorbe de l'énergie:
Solution:
La figure 12 montre le calcul de la puissance électrique de chaque appareil.
Résulter
À. (Bénéfice année A) Lorsque le courant entre par la borne positive, la puissance est positive:
p = 20W, l'élément absorbe de l'énergie.
B. (Bénéfice pour l'exercice B) Lorsque le courant entre par la borne positive, la puissance est positive:
p = - 6 W, l'élément fournit de l'énergie.
Conclusions pour la loi de Watt:
La puissance électrique, mesurée en watts (W), indique à quelle vitesse l'énergie électrique peut être transformée.
La loi de Watt fournit l'équation pour le calcul de la puissance électrique dans les systèmes électriques, établissant la relation directe entre la puissance, la tension et le courant électrique: p = vi
L'étude de l'énergie électrique est utile pour déterminer les performances de l'équipement, dans la conception de celui-ci pour réduire la consommation d'électricité, pour la collecte du service d'électricité, entre autres applications.
Lorsqu'un appareil consomme de l'énergie, la puissance électrique est positive, s'il fournit de l'énergie, la puissance est négative. Pour l'analyse de la puissance dans les circuits électriques, la convention du signe positif est généralement utilisée, qui indique que la puissance dans un élément est positive si le courant électrique entre par la borne positive.
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