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:
- Pochłonięta moc
- 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
