Electricidade básicatecnoloxía

O poder da lei de Watt (Aplicacións - Exercicios)

Facturación do servizo eléctrico depende do consumo do enerxía eléctricaPolo tanto, é moi útil comprender que é, como se mide e como reducir o consumo aplicando a lei de Watt. Ademais, é unha variable básica para o estudo de redes eléctricas e no deseño de dispositivos eléctricos.

O científico Watt estableceu unha lei, que leva o seu nome, que nos permite calcular esta importante variable. A continuación, o estudo desta lei e as súas aplicacións.

CONCEPTOS BÁSICOS:

  • Circuíto eléctrico: Interconexión de elementos eléctricos polos que pode circular unha corrente eléctrica.
  • Corrente eléctrica: Fluxo de carga eléctrica por unidade de tempo a través dun material condutor. Mídese en amperios (A).
  • Tensión eléctrica: Tamén coñecido como tensión eléctrica ou diferenza de potencial. É a enerxía necesaria para mover unha carga eléctrica a través dun elemento. Mídese en voltios (V).
  • Enerxía: Capacidade para facer traballo. Mídese en joule (J) ou en vatios-hora (Wh).
  • Enerxía eléctrica: cantidade de enerxía que un elemento entrega ou absorbe nun tempo determinado. A potencia eléctrica mídese en vatios ou vatios, simbolízase coa letra W.

Quizais poida estar interesado en: A lei de Ohm e os seus segredos, exercicios e o que establece

Portada do artigo sobre a lei de Ohm e os seus segredos
citeia.com

Lei de Watt

A lei de Watt establece que "A enerxía eléctrica que consume ou entrega un dispositivo está determinada pola tensión e a corrente que circulan polo dispositivo."

A potencia eléctrica dun dispositivo, segundo a lei de Watt, vén dada pola expresión:

P = V x I

A potencia eléctrica mídese en vatios (W). O "triángulo de potencia" da figura 1 úsase a miúdo para determinar a potencia, a tensión ou a corrente eléctrica.

Lei eléctrica do triángulo de enerxía eléctrica
Figura 1. Triángulo de enerxía eléctrica (https://citeia.com)

Na figura 2 móstranse as fórmulas contidas no triángulo de potencia.

Fórmulas: lei do triángulo de enerxía eléctrica
Figura 2. Fórmulas: triángulo de enerxía eléctrica (https://citeia.com)

James Watt (Greenok, Escocia, 1736-1819)

Foi enxeñeiro mecánico, inventor e químico. En 1775 fabricou máquinas de vapor, grazas á súa contribución ao desenvolvemento destas máquinas, comezou o desenvolvemento industrial. É o creador do motor rotativo, motor de dobre efecto, instrumento indicador de presión de vapor, entre outros.

No sistema internacional de unidades, a unidade de potencia é o "watt" (watt, w) en homenaxe a este pioneiro.

Cálculo do consumo de enerxía e facturación do servizo eléctrico utilizando a lei de Watt

Partindo do feito de que a enerxía eléctrica é a cantidade de enerxía que un elemento entrega ou absorbe nun determinado tempo, a enerxía vén dada pola fórmula da figura 3.

Fórmulas - Cálculo de enerxía
Figura 3. Fórmulas - Cálculo de enerxía (https://citeia.com)

A enerxía eléctrica adóitase medir na unidade Wh, aínda que tamén se pode medir en xulios (1 J = 1 Ws), ou en cabalos de potencia (CV). Para facer as diferentes medidas recomendámosche que leas o noso artigo sobre instrumentos eléctricos de medida.

Exercicio 1 aplicando a lei de Watt 

Para o elemento da figura 4, calcule:

  1. Potencia absorbida
  2. Enerxía absorbida durante 60 segundos
Exercicio da lei de Watt
Figura 4. Exercicio 1 (https://citeia.com)

Exercicio de solución 1

A.- A potencia eléctrica absorbida polo elemento determínase segundo a figura 5.

Cálculo da potencia eléctrica
Figura 5. Cálculo da potencia eléctrica (https://citeia.com)

B.- Enerxía absorbida

Enerxía absorbida
Fórmula absorbida de enerxía

Resultado:

p = 10 W; Enerxía = 600 J

Consumo de enerxía eléctrica:

Os provedores de servizos eléctricos establecen tarifas segundo o consumo eléctrico. O consumo de enerxía eléctrica depende da enerxía consumida por hora. Mídese en quilovatios-hora (kWh), ou en potencia (CV).


Consumo de electricidade = Enerxía = pt

Exercicio 2 aplicando a lei de Watt

Para un reloxo da figura 8, compras unha batería de litio de 3 V. A batería ten unha enerxía almacenada de fábrica en 6.000 xulios. Sabendo que o reloxo consume unha corrente eléctrica de 0.0001 A, en cantos días tardará en substituír a batería?

Exercicio de solución 2

A enerxía eléctrica consumida pola calculadora determínase utilizando a lei de Watt:

enerxía eléctrica
Fórmula de enerxía eléctrica

Se a enerxía consumida pola calculadora vén dada pola relación Enerxía = pt, resolvendo o tempo "t" e substituíndo os valores de enerxía e enerxía eléctrica, obtense o tempo de vida da batería. Vexa a figura 6

Cálculo do tempo de duración da batería
Figura 6. Cálculo da duración da batería (https://citeia.com)

A batería ten a capacidade de manter a calculadora acesa durante 20.000.000 de segundos, o que equivale a 7,7 meses.

Resultado:

A batería do reloxo debería substituírse aos 7 meses.

Exercicio 3 aplicando a lei de Watt

É necesario coñecer a estimación dos gastos mensuais no servizo eléctrico para un local, sabendo que a taxa de consumo eléctrico é de 0,5 $ / kWh. Na figura 7 móstranse os dispositivos que consumen electricidade nas instalacións:

  • Cargador de teléfono de 30 W, que funciona 4 horas ao día
  • Ordenador de sobremesa, 120 W, que funciona 8 horas ao día
  • Lámpada incandescente, 60 W, que funciona 8 horas ao día
  • A lámpada de mesa, de 30 W, funciona 2 horas ao día
  • Ordenador portátil, 60 W, que funciona 2 horas ao día
  • TV, 20 W, que funciona 8 horas ao día
Consumo de enerxía
Figura 7 Exercicio 3 (https://citeia.com)

Solución:

Para determinar o consumo de electricidade úsase a relación Consumo de enerxía = pt. Así, para o cargador de teléfono, que consume 30 W e úsase 4 horas ao día, consumirá 120 Wh ou 0.120Kwh ao día, como se mostra na figura 8.

Cálculo do consumo de electricidade do cargador de teléfono (exemplo)
Figura 8. Cálculo do consumo de electricidade do cargador de teléfono (https://citeia.com)

A táboa 1 mostra o cálculo do consumo eléctrico dos dispositivos locais.  Consúmense 1.900 Wh ou 1.9kWh diariamente.

Cálculo do consumo de electricidade Exercicio 3 Lei de vatios
Táboa 1 Cálculo do consumo de electricidade Exercicio 3 (https://citeia.com)
Fórmula Consumo de enerxía mensual
Fórmula Consumo de enerxía mensual

Cun prezo de 0,5 $ / kWh, o servizo eléctrico custará:

Fórmula mensual de gastos eléctricos
Fórmula mensual de gastos eléctricos

Resultado:

O custo do servizo eléctrico nas instalacións é de 28,5 dólares ao mes, cun consumo de 57 kWh ao mes.

Convención de signos pasivos:

Un elemento pode absorber ou subministrar enerxía. Cando a potencia eléctrica dun elemento ten un signo positivo, o elemento absorbe enerxía. Se a enerxía eléctrica é negativa, o elemento subministra enerxía eléctrica. Vexa a figura 9

Signo da lei da potencia eléctrica de Watt
Figura 9 Sinal de enerxía eléctrica (https://citeia.com)

Estableceuse como unha "convención de signos pasivos" que a enerxía eléctrica:

  • É positivo se a corrente entra polo terminal positivo da tensión no elemento.
  • É negativo se a corrente entra polo terminal negativo. Vexa a figura 10
Convención pasiva de signos Lei de Watt
Figura 10. Convención de signos pasivos (https://citeia.com)

Exercicio 4 aplicando a lei de Watt

Para os elementos mostrados na figura 11, calcule a potencia eléctrica usando a convención de signos positivos e indique se o elemento subministra ou absorbe enerxía:

enerxía eléctrica Lei de Watt
Figura 11. Exercicio 4 (https://citeia.com)

Solución:

A figura 12 mostra o cálculo da potencia eléctrica en cada dispositivo.

Cálculo da potencia eléctrica coa lei de watts
Figura 12. Cálculo de enerxía eléctrica: exercicio 4 (https://citeia.com)

Resultado

A. (Ano de ganancia A) Cando a corrente entra polo terminal positivo, a potencia é positiva:

p = 20W, o elemento absorbe enerxía.

B. (Beneficio polo exercicio B) Cando a corrente entra polo terminal positivo, a potencia é positiva:

p = - 6 W, o elemento subministra enerxía.

Conclusións para a lei de Watt:

A potencia eléctrica, medida en vatios (W), indica a velocidade coa que se pode transformar a enerxía eléctrica.

A lei de Watt proporciona a ecuación para o cálculo da potencia eléctrica nos sistemas eléctricos, establecendo a relación directa entre potencia, tensión e corrente eléctrica: p = vi

O estudo da potencia eléctrica é útil para determinar o rendemento do equipo, no deseño do mesmo para reducir o consumo eléctrico, para a recollida do servizo eléctrico, entre outras aplicacións.

Cando un dispositivo consume enerxía a enerxía eléctrica é positiva, se subministra enerxía a enerxía é negativa. Para a análise da potencia nos circuítos eléctricos, úsase normalmente a convención de signos positivos, que indica que a potencia nun elemento é positiva se a corrente eléctrica entra polo terminal positivo.

Tamén na nosa páxina web podes atopar: A lei de Kirchhoff, que establece e como aplicala

Portada do artigo Leis de Kirchhoff
citeia.com

Deixe un comentario

Este sitio usa Akismet para reducir o spam. Aprende a procesar os teus datos de comentarios.