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
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.
Na figura 2 móstranse as fórmulas contidas no triángulo de potencia.
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.
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:
- Potencia absorbida
- Enerxía absorbida durante 60 segundos
Exercicio de solución 1
A.- A potencia eléctrica absorbida polo elemento determínase segundo a figura 5.
B.- Enerxía absorbida
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:
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
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
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.
A táboa 1 mostra o cálculo do consumo eléctrico dos dispositivos locais. Consúmense 1.900 Wh ou 1.9kWh diariamente.
Cun prezo de 0,5 $ / kWh, o servizo eléctrico custará:
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
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
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:
Solución:
A figura 12 mostra o cálculo da potencia eléctrica en cada dispositivo.
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
