חיוב שירותים חשמליים תלוי בצריכה של כוח חשמלילכן, כדאי מאוד להבין מה זה, כיצד מודדים אותו ואיך מצמצמים את הצריכה על ידי יישום החוק של וואט. בנוסף, זהו משתנה בסיסי לחקר רשתות חשמל, ובעיצוב מכשירים חשמליים.
המדען וואט קבע חוק על שמו המאפשר לנו לחשב את המשתנה החשוב הזה. לאחר מכן, עיון בחוק זה ויישומיו.
מושגים בסיסיים:
- מעגל חשמלי: חיבור בין אלמנטים חשמליים שדרכם יכול לזרום זרם חשמלי.
- זרם חשמלי: זרימת מטען חשמלית ליחידת זמן דרך חומר מוליך. הוא נמדד במגברים (A).
- מתח חשמלי: ידוע גם בשם מתח חשמלי או הפרש פוטנציאלי. זו האנרגיה הנדרשת להעברת מטען חשמלי דרך אלמנט. הוא נמדד בוולט (V).
- אנרגייה: יכולת לעשות עבודה. הוא נמדד בג'אול (J), או בשעות וואט (Wh).
- כוח חשמלי: כמות אנרגיה שאלמנט מספק או סופג בזמן נתון. הספק חשמלי נמדד בוואט או וואט, הוא מסומל באות W.
אולי אתה עשוי להתעניין ב: חוק אוהם וסודותיו, תרגיליו ומה הוא קובע
חוק וואט
חוק וואט קובע זאת "הכוח החשמלי שמכשיר צורך או מספק מספק נקבע על ידי המתח והזרם הזורם דרך המכשיר."
הכוח החשמלי של מכשיר, על פי חוק וואט, ניתן על ידי הביטוי:
P = V x I
הספק חשמלי נמדד בוואט (W). "משולש הכוח" באיור 1 משמש לעתים קרובות לקביעת הספק, מתח או זרם חשמלי.
באיור 2 מוצגות הנוסחאות הכלולות במשולש הכוח.
ג'יימס וואט (גרינוק, סקוטלנד, 1736-1819)
הוא היה מהנדס מכונות, ממציא וכימאי. בשנת 1775 ייצר מנועי קיטור, הודות לתרומתו לפיתוח מכונות אלה, החל פיתוח תעשייתי. הוא יוצר המנוע הסיבובי, מנוע אפקט כפול, מכשיר מחוון לחץ קיטור, בין היתר.
במערכת היחידות הבינלאומית, יחידת הכוח היא ה"וואט "(Watt, W) לכבוד חלוץ זה.
חישוב צריכת האנרגיה וחיוב שירותים חשמליים על פי חוק וואט
החל מהעובדה שכוח חשמלי הוא כמות האנרגיה שאלמנט מספק או סופג בזמן נתון, האנרגיה ניתנת על ידי הנוסחה באיור 3.
אנרגיה חשמלית נמדדת בדרך כלל ביחידה Wh, אם כי ניתן למדוד אותה גם ביול (1 J = 1 Ws), או בכוחות סוס (hp). כדי לבצע את המדידות השונות אנו ממליצים לך לקרוא את המאמר שלנו בנושא מכשירי מדידה חשמליים.
תרגיל 1 החלת חוק וואט
עבור האלמנט באיור 4, חישב:
- כוח נספג
- אנרגיה נספגת למשך 60 שניות
תרגיל פתרון 1
ת - הכוח החשמלי הנקלט על ידי האלמנט נקבע על פי איור 5.
ב .- אנרגיה נספגת
תוצאה:
p = 10 W; אנרגיה = 600 J
צריכת אנרגיה חשמלית:
ספקי שירותי חשמל קובעים תעריפים בהתאם לצריכת החשמל - צריכת החשמל תלויה בכוח הנצרך לשעה. הוא נמדד בקילוואט-שעה (קוט"ש), או בכוחות סוס (כ"ס).
צריכת חשמל = אנרגיה = נקודה
תרגיל 2 החלת חוק וואט
לשעון באיור 8 נרכשת סוללת ליתיום 3 V. לסוללה אנרגיה מאוחסנת של 6.000 ג'ול מהמפעל. בידיעה שהשעון צורך זרם חשמלי של 0.0001 A, תוך כמה ימים ייקח החלפת הסוללה?
תרגיל פתרון 2
הכוח החשמלי הנצרך על ידי המחשבון נקבע על פי חוק וואט:
אם האנרגיה הנצרכת על ידי המחשבון ניתנת על ידי היחס אנרגיה = pt, פתרון הזמן "t" והחלפת ערכי האנרגיה וההספק החשמלי, מתקבל זמן חיי הסוללה. ראה איור 6
הסוללה מסוגלת להחזיק את המחשבון דולק למשך 20.000.000 שניות, שווה ערך ל- 7,7 חודשים.
תוצאה:
יש להחליף את סוללת השעון לאחר 7 חודשים.
תרגיל 3 החלת חוק וואט
נדרש לדעת את אומדן ההוצאות החודשיות בשירות החשמל עבור מקומי, מתוך ידיעה כי התעריף לצריכת חשמל הוא 0,5 $ / קוט"ש. איור 7 מציג את המכשירים הצורכים חשמל בחצרים:
- מטען טלפון 30 W, פועל 4 שעות ביום
- מחשב שולחני, 120 וואט, פועל 8 שעות ביום
- נורת ליבון, 60 וואט, פועלת 8 שעות ביום
- מנורת שולחן, 30 וואט, פועלת שעתיים ביום
- מחשב נייד, 60 וואט, פועל שעתיים ביום
- טלוויזיה, 20 וואט, פועלת 8 שעות ביום
פתרון:
כדי לקבוע את צריכת החשמל משתמשים ביחס צריכת אנרגיה = pt. 30 וואט ומשתמשים בו 4 שעות ביום, הוא ייצרך 120 וואט או 0.120 קג"מ ליום, כפי שמוצג באיור 8.
טבלה 1 מציגה את חישוב צריכת החשמל של המכשירים המקומיים. 1.900 Wh או 1.9kWh נצרכים מדי יום.
עם מחיר של 0,5 $ / קוט"ש, השירות החשמלי יעלה:
תוצאה:
עלות השירות החשמלי במקום היא 28,5 דולר לחודש, לצריכה של 57 קוט"ש לחודש.
כינוס שלטים פסיביים:
אלמנט יכול לספוג או לספק אנרגיה. כאשר לכוח החשמלי של אלמנט יש סימן חיובי, היסוד סופג אנרגיה. אם הכוח החשמלי שלילי, האלמנט מספק אנרגיה חשמלית. ראה איור 9
היא הוקמה כ"וועידת סימנים פסיביים "כי חשמל:
- זה חיובי אם הזרם נכנס דרך המסוף החיובי של המתח באלמנט.
- זה שלילי אם הזרם נכנס דרך המסוף השלילי. ראה איור 10
תרגיל 4 החלת חוק וואט
עבור האלמנטים המוצגים באיור 11, חישב את הכוח החשמלי באמצעות אמנת הסימן החיובי וציין אם האלמנט מספק או סופג אנרגיה:
פתרון:
איור 12 מראה את חישוב ההספק החשמלי בכל מכשיר.
תוצאה
ל. (שנת רווח א ') כאשר הזרם נכנס דרך המסוף החיובי, הכוח חיובי:
p = 20W, היסוד סופג אנרגיה.
ב '(רווח לתרגיל ב ') כאשר הזרם נכנס דרך המסוף החיובי, הכוח חיובי:
p = - 6 W, האלמנט מספק כוח.
מסקנות לחוק וואט:
הספק חשמלי, הנמדד בוואט (W), מציין כמה ניתן להמיר אנרגיה חשמלית במהירות.
חוק וואט מספק את המשוואה לחישוב ההספק החשמלי במערכות חשמל, וקובע את הקשר הישיר בין הספק, מתח וזרם חשמלי: p = vi
חקר החשמל שימושי לקביעת ביצועי הציוד, בעיצוב זה להפחתת צריכת החשמל, לאיסוף שירותי חשמל, בין יישומים אחרים.
כאשר מכשיר צורך אנרגיה הכוח החשמלי חיובי, אם הוא מספק אנרגיה הכוח הוא שלילי. לצורך ניתוח הכוח במעגלים חשמליים משתמשים בדרך כלל במוסכמת הסימנים החיוביים המציינת כי הכוח באלמנט חיובי אם הזרם החשמלי נכנס דרך המסוף החיובי.
גם באתר שלנו תוכלו למצוא: החוק של קירכהוף, מה הוא קובע וכיצד ליישם אותו
