La potenza della legge di Watt (Applicazioni - Esercizi)
Fatturazione del servizio elettrico dipende dal consumo di energia elettricaPertanto, è molto utile capire cos'è, come viene misurato e come ridurre i consumi applicando la legge di Watt. Inoltre, è una variabile fondamentale per lo studio delle reti elettriche e nella progettazione dei dispositivi elettrici.
Lo scienziato Watt ha stabilito una legge, a lui intitolata, che ci permette di calcolare questa importante variabile. Successivamente, lo studio di questa legge e delle sue applicazioni.
CONCETTI BASILARI:
- Circuito elettrico: Interconnessione di elementi elettrici attraverso i quali può fluire una corrente elettrica.
- Corrente elettrica: Flusso di carica elettrica per unità di tempo attraverso un materiale conduttivo. Si misura in ampere (A).
- Tensione elettrica: Noto anche come tensione elettrica o differenza di potenziale. È l'energia necessaria per spostare una carica elettrica attraverso un elemento. Si misura in volt (V).
- Energía: Capacità di lavorare. Si misura in joule (J) o in wattora (Wh).
- Energia elettrica: quantità di energia che un elemento fornisce o assorbe in un dato tempo. La potenza elettrica è misurata in watt o watt, è simboleggiata dalla lettera W.
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Legge di Watt
La legge di Watt lo afferma "La potenza elettrica che un dispositivo consuma o fornisce è determinata dalla tensione e dalla corrente che fluiscono attraverso il dispositivo."
La potenza elettrica di un dispositivo, secondo la legge di Watt, è data dall'espressione:
P = V x I
La potenza elettrica è misurata in watt (W). Il "triangolo di potenza" nella Figura 1 viene spesso utilizzato per determinare la potenza, la tensione o la corrente elettrica.
Nella figura 2 sono mostrate le formule contenute nel triangolo di potenza.
James Watt (Greenok, Scozia, 1736-1819)
Era un ingegnere meccanico, inventore e chimico. Nel 1775 costruì motori a vapore, grazie al suo contributo allo sviluppo di queste macchine, iniziò lo sviluppo industriale. È il creatore del motore rotativo, del motore a doppio effetto, dello strumento indicatore della pressione del vapore, tra gli altri.
Nel sistema internazionale di unità, l'unità di potenza è il "watt" (Watt, W) in onore di questo pioniere.
Calcolo dei consumi energetici e fatturazione del servizio elettrico secondo la legge di Watt
Partendo dal fatto che la potenza elettrica è la quantità di energia che un elemento eroga o assorbe in un dato tempo, l'energia è data dalla formula di figura 3.
L'energia elettrica viene solitamente misurata nell'unità Wh, sebbene possa anche essere misurata in joule (1 J = 1 Ws) o in cavalli vapore (hp). Per effettuare le diverse misurazioni ti consigliamo di leggere il nostro articolo su strumenti di misura elettrici.
Esercizio 1 applicando la legge di Watt
Per l'elemento nella Figura 4, calcola:
- Potere assorbito
- Energia assorbita per 60 secondi
Esercizio sulla soluzione 1
A.- La potenza elettrica assorbita dall'elemento è determinata secondo la figura 5.
B.- Energia assorbita
risultato:
p = 10 W; Energia = 600 J
Consumo di energia elettrica:
I fornitori di servizi elettrici stabiliscono le tariffe in base al consumo di elettricità, che dipende dalla potenza consumata all'ora. Si misura in chilowattora (kWh) o potenza (hp).
Consumo di elettricità = Energia = pt
Esercizio 2 applicando la legge di Watt
Per un orologio nella Figura 8, viene acquistata una batteria al litio da 3 V. La batteria ha un'energia immagazzinata di 6.000 joule dalla fabbrica. Sapendo che l'orologio consuma una corrente elettrica di 0.0001 A, in quanti giorni occorrerà per sostituire la batteria?
Esercizio sulla soluzione 2
La potenza elettrica consumata dal calcolatore è determinata utilizzando la legge di Watt:
Se l'energia consumata dal calcolatore è data dalla relazione Energia = pt, risolvendo il tempo "t", e sostituendo i valori di energia e potenza elettrica, si ottiene la durata della batteria. Vedi figura 6
La batteria ha la capacità di mantenere accesa la calcolatrice per 20.000.000 di secondi, che equivalgono a 7,7 mesi.
risultato:
La batteria dell'orologio deve essere sostituita dopo 7 mesi.
Esercizio 3 applicando la legge di Watt
È necessario conoscere la stima delle spese mensili del servizio elettrico per un locale, sapendo che la tariffa per il consumo di elettricità è di 0,5 $ / kWh. La figura 7 mostra i dispositivi che consumano elettricità all'interno dei locali:
- Caricatore del telefono da 30 W, operativo 4 ore al giorno
- Computer desktop, 120 W, funzionante 8 ore al giorno
- Lampadina a incandescenza, 60 W, funzionante 8 ore al giorno
- Lampada da scrivania, 30 W, funziona 2 ore al giorno
- Computer portatile, 60 W, in funzione 2 ore al giorno
- TV, 20 W, funzionante 8 ore al giorno
Soluzione:
Per determinare il consumo di elettricità, viene utilizzata la relazione Consumo energetico = pt. 30 W e viene utilizzato 4 ore al giorno, consumerà 120 Wh o 0.120 Kwh al giorno, come mostrato in figura 8.
La tabella 1 mostra il calcolo del consumo elettrico dei dispositivi locali. Si consumano 1.900 Wh o 1.9kWh al giorno.
Con una tariffa di 0,5 $ / kWh, il servizio elettrico costerà:
risultato:
Il costo del servizio elettrico nei locali è di 28,5 $ al mese, per un consumo di 57 kWh al mese.
Convenzione sui segni passivi:
Un elemento può assorbire o fornire energia. Quando la potenza elettrica di un elemento ha un segno positivo, l'elemento sta assorbendo energia. Se la potenza elettrica è negativa, l'elemento sta fornendo energia elettrica. Vedi figura 9
È stato stabilito come una "convenzione di segno passivo" che l'energia elettrica:
- È positivo se la corrente entra attraverso il terminale positivo della tensione nell'elemento.
- È negativo se la corrente entra attraverso il terminale negativo. Vedi figura 10
Esercizio 4 applicando la legge di Watt
Per gli elementi mostrati in Figura 11, calcolare la potenza elettrica utilizzando la convenzione del segno positivo e indicare se l'elemento fornisce o assorbe energia:
Soluzione:
La Figura 12 mostra il calcolo della potenza elettrica in ogni dispositivo.
Risultato
PER. (Anno di utile A) Quando la corrente entra attraverso il terminale positivo, la potenza è positiva:
p = 20W, l'elemento assorbe energia.
B. (Utile dell'esercizio B) Quando la corrente entra attraverso il terminale positivo, la potenza è positiva:
p = - 6 W, l'elemento fornisce potenza.
Conclusioni per la legge di Watt:
La potenza elettrica, misurata in watt (W), indica la velocità con cui l'energia elettrica può essere trasformata.
La legge di Watt fornisce l'equazione per il calcolo della potenza elettrica nei sistemi elettrici, stabilendo la relazione diretta tra potenza, tensione e corrente elettrica: p = vi
Lo studio della potenza elettrica è utile per determinare le prestazioni dell'apparecchiatura, nella progettazione della stessa per ridurre il consumo elettrico, per la raccolta del servizio elettrico, tra le altre applicazioni.
Quando un dispositivo consuma energia la potenza elettrica è positiva, se fornisce energia la potenza è negativa. Per l'analisi della potenza nei circuiti elettrici viene solitamente utilizzata la convenzione del segno positivo, che indica che la potenza in un elemento è positiva se la corrente elettrica entra attraverso il terminale positivo.
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