De kracht van de wet van Watt (toepassingen - oefeningen)
Facturering van elektrische diensten hangt af van het verbruik van de elektrische energieDaarom is het erg handig om te begrijpen wat het is, hoe het wordt gemeten en hoe het verbruik kan worden verminderd door de wet van Watt toe te passen. Bovendien is het een basisvariabele voor de studie van elektrische netwerken en bij het ontwerp van elektrische apparaten.
De wetenschapper Watt heeft een naar hem vernoemde wet opgesteld waarmee we deze belangrijke variabele kunnen berekenen. Vervolgens de studie van deze wet en zijn toepassingen.
BASIS BEGRIPPEN:
- Electronisch circuit: Onderlinge verbinding van elektrische elementen waardoor een elektrische stroom kan stromen.
- Elektrische stroom: Elektrische ladingsstroom per tijdseenheid door een geleidend materiaal. Het wordt gemeten in ampère (A).
- Elektrische spanning: Ook bekend als elektrische spanning of potentiaalverschil. Het is de energie die nodig is om een elektrische lading door een element te verplaatsen. Het wordt gemeten in volt (V).
- Energía: Mogelijkheid om te werken. Het wordt gemeten in joule (J) of in wattuur (Wh).
- Elektrische energie: hoeveelheid energie die een element in een bepaalde tijd aflevert of absorbeert. Elektrisch vermogen wordt gemeten in watt of watt, het wordt gesymboliseerd door de letter W.
Misschien ben je geïnteresseerd in: De wet van Ohm en zijn geheimen, oefeningen en wat het vaststelt
Watt's Law
Watt's Law stelt dat "Het elektrische vermogen dat een apparaat verbruikt of levert, wordt bepaald door de spanning en stroom die door het apparaat vloeien."
Het elektrische vermogen van een apparaat, volgens de wet van Watt, wordt gegeven door de uitdrukking:
P = V x ik
Elektrisch vermogen wordt gemeten in watt (W). De "vermogensdriehoek" in figuur 1 wordt vaak gebruikt om vermogen, spanning of elektrische stroom te bepalen.
In figuur 2 worden de formules in de vermogensdriehoek weergegeven.
James Watt (Greenok, Schotland, 1736-1819)
Hij was werktuigbouwkundig ingenieur, uitvinder en chemicus. In 1775 vervaardigde hij stoommachines, dankzij zijn bijdrage aan de ontwikkeling van deze machines begon de industriële ontwikkeling. Hij is de maker van onder meer de rotatiemotor, de motor met dubbel effect en het instrument voor de indicator van de stoomdruk.
In het internationale systeem van eenheden is de eenheid voor vermogen de "watt" (Watt, W) ter ere van deze pionier.
Berekening van het energieverbruik en de facturering van elektrische diensten aan de hand van de wet van Watt
Uitgaande van het feit dat elektrisch vermogen de hoeveelheid energie is die een element in een bepaalde tijd afgeeft of absorbeert, wordt de energie gegeven door de formule in figuur 3.
Elektrische energie wordt meestal gemeten in de eenheid Wh, hoewel het ook kan worden gemeten in joule (1 J = 1 Ws) of in pk (pk). Om de verschillende metingen uit te voeren, raden we u aan ons artikel te lezen elektrische meetinstrumenten.
Oefening 1 de wet van Watt toepassen
Bereken voor het element in figuur 4:
- Geabsorbeerd vermogen
- Energie geabsorbeerd gedurende 60 seconden
Oplossingsoefening 1
A.- Het door het element opgenomen elektrische vermogen wordt bepaald volgens figuur 5.
B.- Geabsorbeerde energie
resultaat:
p = 10 W; Energie = 600 J.
Verbruik van elektrische energie:
Elektriciteitsaanbieders stellen tarieven vast op basis van elektriciteitsverbruik. Het elektriciteitsverbruik is afhankelijk van het stroomverbruik per uur. Het wordt gemeten in kilowattuur (kWh) of pk (pk).
Elektriciteitsverbruik = Energie = pt
Oefening 2 de wet van Watt toepassen
Voor een klok in Figuur 8 wordt een lithiumbatterij van 3 V aangeschaft De batterij heeft een opgeslagen energie van 6.000 joule af fabriek. Wetende dat de klok een elektrische stroom van 0.0001 A verbruikt, hoeveel dagen duurt het dan om de batterij te vervangen?
Oplossingsoefening 2
Het door de rekenmachine verbruikte elektrische vermogen wordt bepaald aan de hand van de wet van Watt:
Als de door de rekenmachine verbruikte energie wordt gegeven door de relatie Energie = pt, de tijd "t" oplost en de waarden van energie en elektrisch vermogen vervangt, wordt de levensduur van de batterij verkregen. Zie figuur 6
De batterij heeft de capaciteit om de rekenmachine 20.000.000 seconden aan te laten staan, wat gelijk staat aan 7,7 maanden.
resultaat:
De klokbatterij moet na 7 maanden worden vervangen.
Oefening 3 de wet van Watt toepassen
Het is vereist om de schatting van de maandelijkse uitgaven in de elektriciteitsdienst voor een lokaal te kennen, wetende dat het tarief voor elektriciteitsverbruik 0,5 $ / kWh is. Figuur 7 toont de apparaten die elektriciteit verbruiken in het pand:
- 30 W telefoonoplader, werkt 4 uur per dag
- Desktopcomputer, 120 W, 8 uur per dag in bedrijf
- Gloeilamp, 60 W, 8 uur per dag brandend
- Bureaulamp, 30 W, brandt 2 uur per dag
- Laptopcomputer, 60 W, werkt 2 uur per dag
- TV, 20 W, 8 uur per dag in bedrijf
Oplossing:
Om het elektriciteitsverbruik te bepalen wordt de relatie Energieverbruik = pt gebruikt. 30 W en wordt 4 uur per dag gebruikt, het verbruikt 120 Wh of 0.120 kWh per dag, zoals weergegeven in afbeelding 8.
Tabel 1 toont de berekening van het elektriciteitsverbruik van de lokale apparaten. Dagelijks wordt 1.900 Wh of 1.9kWh verbruikt.
Met een tarief van 0,5 $ / kWh kost de elektrische service:
resultaat:
De kosten voor elektriciteitsvoorziening in het pand bedragen $ 28,5 per maand, bij een verbruik van 57 kWh per maand.
Passieve tekenconventie:
Een element kan energie opnemen of leveren. Wanneer het elektrische vermogen van een element een positief teken heeft, neemt het element energie op. Als het elektrische vermogen negatief is, levert het element elektrische energie. Zie figuur 9
Het werd vastgesteld als een ‘passieve tekenconventie’ dat elektrische stroom:
- Het is positief als de stroom binnenkomt via de positieve pool van de spanning in het element.
- Het is negatief als de stroom via de negatieve pool binnenkomt. Zie figuur 10
Oefening 4: de wet van Watt toepassen
Bereken voor de elementen in afbeelding 11 het elektrisch vermogen met behulp van de conventie voor positieve tekens en geef aan of het element energie levert of absorbeert:
Oplossing:
Afbeelding 12 toont de berekening van het elektrische vermogen in elk apparaat.
Resultaat
NAAR. (Winstjaar A) Wanneer de stroom via de positieve pool binnenkomt, is het vermogen positief:
p = 20W, het element neemt energie op.
(Winst voor oefening B) Wanneer de stroom via de positieve pool binnenkomt, is het vermogen positief:
p = - 6 W, het element levert stroom.
Conclusies voor de wet van Watt:
Elektrisch vermogen, gemeten in watt (W), geeft aan hoe snel elektrische energie kan worden omgezet.
De wet van Watt geeft de vergelijking voor de berekening van elektrisch vermogen in elektrische systemen, waarbij de directe relatie tussen vermogen, spanning en elektrische stroom wordt vastgesteld: p = vi
De studie van het elektrische vermogen is nuttig om de prestaties van de apparatuur te bepalen, bij het ontwerp ervan om het elektriciteitsverbruik te verminderen, voor het verzamelen van de elektrische dienst, naast andere toepassingen.
Wanneer een apparaat energie verbruikt, is het elektrische vermogen positief, als het energie levert, is het vermogen negatief. Voor de analyse van vermogen in elektrische circuits wordt meestal de conventie voor positieve tekens gebruikt, die aangeeft dat het vermogen in een element positief is als de elektrische stroom door de positieve pool binnenkomt.
Ook op onze website vind je: De wet van Kirchhoff, wat daarin is vastgelegd en hoe deze moet worden toegepast
