Grunnleggende elektrisitetTeknologi

Kraften til Watts lov (applikasjoner - øvelser)

Fakturering av elektriske tjenester avhenger av forbruket av elektrisk energiDerfor er det veldig nyttig å forstå hva det er, hvordan det måles og hvordan man kan redusere forbruket ved å anvende Watts lov. I tillegg er det en grunnleggende variabel for studiet av elektriske nettverk, og i utformingen av elektriske apparater.

Vitenskapsmannen Watt opprettet en lov, oppkalt etter ham, som lar oss beregne denne viktige variabelen. Deretter studiet av denne loven og dens anvendelser.

ENKLE KONSEPTER:

  • Elektrisk krets: Sammenkobling av elektriske elementer som en elektrisk strøm kan strømme gjennom.
  • Elektrisk strøm: Elektrisk ladestrøm per tidsenhet gjennom et ledende materiale. Den måles i ampere (A).
  • Elektrisk spenning: Også kjent som elektrisk spenning eller potensiell forskjell. Det er energien som kreves for å flytte en elektrisk ladning gjennom et element. Den måles i volt (V).
  • energi: Evne til å gjøre arbeid. Den måles i joule (J), eller i wattimer (Wh).
  • Elektrisk energi: mengde energi som et element leverer eller absorberer på en gitt tid. Elektrisk kraft måles i watt eller watt, den er symbolisert med bokstaven W.

Kanskje du kanskje er interessert i: Ohms lov og dens hemmeligheter, øvelser og hva den etablerer

Ohms lov og dens hemmeligheter dekker artikkelen
citeia.com

Watts lov

Watts lov sier det "Den elektriske strømmen som en enhet forbruker eller leverer bestemmes av spenningen og strømmen som strømmer gjennom enheten."

Den elektriske kraften til en enhet, i henhold til Watt's Law, er gitt av uttrykket:

P = V x I

Elektrisk effekt måles i watt (W). "Kraftstriangel" i figur 1 brukes ofte til å bestemme kraft, spenning eller elektrisk strøm.

Electric Power Triangle Watt's Law
Figur 1. Electric Power Triangle (https://citeia.com)

I figur 2 vises formlene i krafttrekanten.

Formler - Electric Power Triangle Watt's Law
Figur 2. Formler - Electric Power Triangle (https://citeia.com)

James Watt (Greenok, Skottland, 1736-1819)

Han var maskiningeniør, oppfinner og kjemiker. I 1775 produserte han dampmaskiner, takket være sitt bidrag til utviklingen av disse maskinene, begynte industriell utvikling. Han er skaperen av rotasjonsmotoren, dobbelteffektmotoren, damptrykkindikatorinstrumentet, blant andre.

I det internasjonale enhetssystemet er enheten for kraft “watt” (Watt, W) til ære for denne pioneren.

Beregning av energiforbruk og fakturering av elektriske tjenester ved bruk av Watts lov

Med utgangspunkt i at elektrisk kraft er mengden energi som et element leverer eller absorberer på en gitt tid, blir energien gitt av formelen i figur 3.

Formler - Energiberegning
Figur 3. Formler - Energiberegning (https://citeia.com)

Elektrisk energi måles vanligvis i enheten Wh, selv om den også kan måles i joule (1 J = 1 Ws), eller i hestekrefter (hk). For å gjøre de forskjellige målingene anbefaler vi at du leser artikkelen vår på elektriske måleinstrumenter.

1 øvelse anvende Watts lov 

For elementet i figur 4, beregne:

  1. Absorbert kraft
  2. Energi absorbert i 60 sekunder
Watts lovøvelse
Figur 4. Øvelse 1 (https://citeia.com)

Løsning Øvelse 1

A. - Den elektriske kraften som absorberes av elementet bestemmes i henhold til figur 5.

Beregning av elektrisk kraft
Figur 5. Beregning av elektrisk kraft (https://citeia.com)

B. - Absorbert energi

Absorbert energi
Formel absorbert energi

resultat:

p = 10 W; Energi = 600 J

Forbruk av elektrisk energi:

Elektriske tjenesteleverandører fastsetter priser i henhold til strømforbruk. Elektrisk energiforbruk avhenger av strømforbruket per time. Den måles i kilowatt-timer (kWh), eller hestekrefter (hk).


Strømforbruk = Energi = pt

2 øvelse anvende Watts lov

For en klokke i figur 8 kjøpes et 3 V. litiumbatteri. Batteriet har en lagret energi på 6.000 joule fra fabrikken. Å vite at klokken bruker en elektrisk strøm på 0.0001 A, hvor mange dager vil det ta å bytte ut batteriet?

Løsning Øvelse 2

Den elektriske kraften som forbrukes av kalkulatoren, bestemmes ved hjelp av Watt's Law:

elektrisk energi
Elektrisk kraftformel

Hvis energien som forbrukes av kalkulatoren er gitt av forholdet Energi = pt, løser tiden "t", og erstatter verdiene av energi og elektrisk kraft, oppnås batteriets levetid. Se figur 6

Beregning av batteriets levetid
Figur 6. Beregning av batteriets levetid (https://citeia.com)

Batteriet har kapasitet til å holde kalkulatoren på i 20.000.000 7,7 XNUMX sekunder, noe som tilsvarer XNUMX måneder.

resultat:

Klokkebatteriet skal byttes ut etter 7 måneder.

3 øvelse anvende Watts lov

Det kreves å vite estimatet av månedlige utgifter i strømtjenesten for en lokal, vel vitende om at prisen for strømforbruk er 0,5 $ / kWh. Figur 7 viser enhetene som bruker strøm i lokalene:

  • 30 W telefonlader, drift 4 timer om dagen
  • Stasjonær datamaskin, 120 W, drift 8 timer om dagen
  • Glødelampe, 60 W, drift 8 timer om dagen
  • Skrivebordslampe, 30 W, fungerer 2 timer om dagen
  • Bærbar datamaskin, 60 W, drift 2 timer om dagen
  • TV, 20 W, drift 8 timer om dagen
Strømforbruk
Figur 7 Øvelse 3 (https://citeia.com)

Oppløsning:

For å bestemme strømforbruket brukes forholdet Energiforbruk = pt. 30 W og brukes 4 timer om dagen, vil den forbruke 120 Wh eller 0.120Kwh per dag, som vist i figur 8.

Beregning av strømforbruket til telefonladeren (eksempel)
Figur 8. Beregning av strømforbruket til telefonladeren (https://citeia.com)

Tabell 1 viser beregningen av det elektriske forbruket til de lokale enhetene.  1.900 Wh eller 1.9 kWh forbrukes daglig.

Beregning av strømforbruk Øvelse 3 Watt's Law
Tabell 1 Beregning av strømforbruk Øvelse 3 (https://citeia.com)
Formel Månedlig energiforbruk
Formel Månedlig energiforbruk

Med en hastighet på 0,5 $ / kWh vil den elektriske tjenesten koste:

Månedlig elektrisk utgiftsformel
Månedlig elektrisk utgiftsformel

resultat:

Kostnaden for elektrisk service i lokalene er $ 28,5 per måned, for et forbruk på 57 kWh per måned.

Passiv skiltkonvensjon:

Et element kan absorbere eller levere energi. Når den elektriske kraften til et element har et positivt tegn, absorberer elementet energi. Hvis den elektriske effekten er negativ, tilfører elementet elektrisk energi. Se figur 9

Sign of the Electric Power Watt's Law
Figur 9 Elektrisk krafttegn (https://citeia.com)

Det ble etablert som en "passiv skiltkonvensjon" om at elektrisk kraft:

  • Det er positivt hvis strømmen kommer inn gjennom den positive terminalen til spenningen i elementet.
  • Det er negativt hvis strømmen kommer inn gjennom den negative terminalen. Se figur 10
Passiv tegningskonvensjon Watts lov
Figur 10. Konvensjon om passivt tegn (https://citeia.com)

Øvelse 4 som anvender Watts lov

For elementene vist i figur 11, beregne den elektriske kraften ved hjelp av positivt tegnkonvensjonen og indikere om elementet leverer eller absorberer energi:

elektrisk kraft Watts lov
Figur 11. Øvelse 4 (https://citeia.com)

Oppløsning:

Figur 12 viser beregningen av elektrisk kraft i hver enhet.

Beregning av elektrisk kraft med watts lov
Figur 12. Beregning av elektrisk kraft - øvelse 4 (https://citeia.com)

Resultere

TIL. (Resultatår A) Når strømmen kommer inn gjennom den positive terminalen, er effekten positiv:

p = 20W, absorberer elementet energi.

B. (Overskudd for øvelse B) Når strømmen kommer inn gjennom den positive terminalen, er effekten positiv:

p = - 6 W, leverer elementet strøm.

Konklusjoner for Watt's Law:

Elektrisk kraft, målt i watt (W), indikerer hvor raskt elektrisk energi kan transformeres.

Watts lov gir ligningen for beregning av elektrisk kraft i elektriske systemer, og etablerer det direkte forholdet mellom kraft, spenning og elektrisk strøm: p = vi

Studiet av elektrisk kraft er nyttig for å bestemme ytelsen til utstyret, i utformingen av det samme for å redusere det elektriske forbruket, for innsamling av den elektriske tjenesten, blant andre applikasjoner.

Når en enhet bruker energi, er strømmen positiv, hvis den leverer energi, er effekten negativ. For analyse av kraft i elektriske kretser brukes vanligvis positivt tegnkonvensjonen, som indikerer at effekten i et element er positiv hvis den elektriske strømmen kommer inn gjennom den positive terminalen.

Også på nettstedet vårt kan du finne: Kirchhoffs lov, hva den etablerer og hvordan den skal brukes

Kirchhoffs lovartikkelomslag
citeia.com

Legg igjen svar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær hvordan kommentardataene dine behandles.