Siła prawa Watta (aplikacje - ćwiczenia)

Rachunek za usługi elektryczne zależy od zużycia energia elektrycznaDlatego bardzo przydatne jest zrozumienie, co to jest, jak jest mierzone i jak zmniejszyć zużycie, stosując prawo Watta. Ponadto jest to podstawowa zmienna do badania sieci elektrycznych i projektowania urządzeń elektrycznych.

Naukowiec Watt ustanowił prawo, nazwane jego imieniem, które pozwala nam obliczyć tę ważną zmienną. Następnie zbadanie tego prawa i jego zastosowań.

PODSTAWY:

• Obwód elektryczny: Wzajemne połączenie elementów elektrycznych, przez które może przepływać prąd elektryczny.

• Prąd elektryczny: Przepływ ładunku elektrycznego na jednostkę czasu przez materiał przewodzący. Jest mierzony w amperach (A).

• Napięcie elektryczne: Nazywany również napięciem elektrycznym lub różnicą potencjałów. Jest to energia potrzebna do przemieszczenia ładunku elektrycznego przez element. Jest mierzona w woltach (V).

• Energia: Umiejętność wykonywania pracy. Jest mierzona w dżulach (J) lub w watogodzinach (Wh).

• Energia elektryczna: ilość energii, którą element dostarcza lub absorbuje w danym czasie. Moc elektryczną mierzy się w watach lub watach, symbolizuje ją litera W.

Może możesz być zainteresowany: Prawo Ohma i jego tajemnice, ćwiczenia i to, co ustanawia

Prawo Watta

Zgodnie z prawem Watta „Moc elektryczna, którą urządzenie zużywa lub dostarcza, jest określana przez napięcie i prąd przepływający przez urządzenie”.

Moc elektryczną urządzenia, zgodnie z prawem Watta, wyraża wyrażenie:

P = V x I

Moc elektryczną mierzy się w watach (W). „Trójkąt mocy” na rysunku 1 jest często używany do określania mocy, napięcia lub prądu elektrycznego.

Na rysunku 2 pokazano wzory zawarte w trójkącie mocy.

James Watt (Greenok, Szkocja, 1736-1819)

Był inżynierem mechanikiem, wynalazcą i chemikiem. W 1775 roku wyprodukował silniki parowe, dzięki jego wkładowi w rozwój tych maszyn rozpoczął się rozwój przemysłu. Jest twórcą m.in. silnika obrotowego, silnika dwufunkcyjnego, wskaźnika ciśnienia pary.

W międzynarodowym układzie jednostek jednostką mocy jest „wat” (wat, W) na cześć tego pioniera.

Obliczanie zużycia energii i rozliczanie usług elektrycznych na podstawie prawa Watta

Wychodząc z faktu, że moc elektryczna to ilość energii, którą pierwiastek dostarcza lub absorbuje w danym czasie, energię tę podaje wzór na rysunku 3.

Energia elektryczna jest zwykle mierzona w jednostkach Wh, chociaż można ją również mierzyć w dżulach (1 J = 1 Ws) lub w koniach mechanicznych (KM). Aby dokonać różnych pomiarów, zalecamy przeczytanie naszego artykułu elektryczne przyrządy pomiarowe.

Ćwiczenie 1 stosując prawo Watta 

Dla elementu na rysunku 4 obliczyć:

1. Pochłonięta moc
2. Energia pochłaniana przez 60 sekund

Rozwiązanie Ćwiczenie 1

A.- Moc elektryczną pochłanianą przez element określa się zgodnie z rysunkiem 5.

B.- Zaabsorbowana energia

Wynik:

p = 10 W; Energia = 600 J.

Zużycie energii elektrycznej:

Dostawcy energii elektrycznej ustalają stawki na podstawie zużycia energii elektrycznej - zużycie energii elektrycznej zależy od mocy zużywanej na godzinę. Jest mierzona w kilowatogodzinach (kWh) lub w koniach mechanicznych (KM).

Zużycie energii elektrycznej = Energia = pkt

Ćwiczenie 2 stosując prawo Watta

W przypadku zegara z rysunku 8 kupowana jest bateria litowa 3 V. Bateria ma fabrycznie zmagazynowaną energię 6.000 dżuli. Wiedząc, że zegar zużywa prąd elektryczny o wartości 0.0001 A, ile dni zajmie wymiana baterii?

Rozwiązanie Ćwiczenie 2

Moc elektryczną pobieraną przez kalkulator określa się zgodnie z prawem Watta:

Jeżeli energia pobierana przez kalkulator podana jest zależnością Energia = pt, rozwiązując czas „t” i zastępując wartości energii i mocy elektrycznej, otrzymujemy żywotność baterii. Patrz rysunek 6

Bateria wystarcza na utrzymanie kalkulatora przez 20.000.000 7,7 XNUMX sekund, co odpowiada XNUMX miesiąca.

Wynik:

Baterię zegara należy wymienić po 7 miesiącach.

Ćwiczenie 3 stosując prawo Watta

Wymagana jest znajomość szacunkowych miesięcznych wydatków na usługi elektryczne dla lokalnego, wiedząc, że stawka za zużycie energii elektrycznej wynosi 0,5 $ / kWh. Rysunek 7 przedstawia urządzenia pobierające energię elektryczną na terenie obiektu:

• Ładowarka do telefonu 30 W, działająca 4 godziny dziennie
• Komputer stacjonarny 120 W, działający 8 godzin dziennie
• Żarówka 60 W działająca 8 godzin dziennie
• Lampa biurkowa, 30 W, działa 2 godziny dziennie
• Laptop o mocy 60 W, działający 2 godziny dziennie
• Telewizor, 20 W, działający 8 godzin dziennie

Rozwiązanie:

Aby określić zużycie energii elektrycznej, używana jest relacja Zużycie energii = pt, czyli dla ładowarki telefonu, która zużywa 30 W i jest używany 4 godziny dziennie, zużywa 120 Wh lub 0.120 kWh dziennie, jak pokazano na rysunku 8.

Tabela 1 przedstawia obliczenia zużycia energii elektrycznej przez lokalne urządzenia.  Codziennie zużywa się 1.900 Wh lub 1.9 kWh.

Przy stawce 0,5 USD / kWh usługa elektryczna będzie kosztować:

Wynik:

Koszt usługi elektrycznej w lokalu wynosi 28,5 USD miesięcznie przy zużyciu 57 kWh miesięcznie.

Konwencja znaków biernych:

Element może pochłaniać lub dostarczać energię. Kiedy moc elektryczna elementu ma znak dodatni, element pochłania energię. Jeśli moc elektryczna jest ujemna, element dostarcza energię elektryczną. Patrz rysunek 9

Ustalono jako „pasywną konwencję znaku”, że energia elektryczna:

• Jest dodatni, jeśli prąd przechodzi przez dodatnią końcówkę napięcia w elemencie.
• Jest ujemny, jeśli prąd przechodzi przez zacisk ujemny. Patrz rysunek 10

Ćwiczenie 4 stosując prawo Watta

Dla elementów pokazanych na rysunku 11 obliczyć moc elektryczną stosując konwencję znaku dodatniego i wskazać, czy element dostarcza czy pochłania energię:

Rozwiązanie:

Rysunek 12 przedstawia obliczenia mocy elektrycznej w każdym urządzeniu.

Wynikać

DO. (Rok zysku A) Gdy prąd przepływa przez zacisk dodatni, moc jest dodatnia:

p = 20W, element pochłania energię.

B. (Zysk z ćwiczenia B) Gdy prąd przepływa przez zacisk dodatni, moc jest dodatnia:

p = - 6 W, element dostarcza moc.

Wnioski dotyczące prawa Watta:

Moc elektryczna, mierzona w watach (W), wskazuje, jak szybko można przekształcić energię elektryczną.

Prawo Watta dostarcza równania do obliczania mocy elektrycznej w układach elektrycznych, ustalając bezpośrednią zależność między mocą, napięciem i prądem elektrycznym: p = vi

Badanie mocy elektrycznej jest przydatne do określenia wydajności sprzętu, w jego projektowaniu, aby zmniejszyć zużycie energii elektrycznej, do odbioru usługi elektrycznej, między innymi.

Kiedy urządzenie zużywa energię, moc elektryczna jest dodatnia, jeśli dostarcza energię, moc jest ujemna. Do analizy mocy w obwodach elektrycznych zwykle stosuje się konwencję znaku dodatniego, która wskazuje, że moc w elemencie jest dodatnia, jeśli prąd elektryczny przechodzi przez zacisk dodatni.

Również na naszej stronie można znaleźć: Prawo Kirchhoffa, co ustanawia i jak je stosować