Puterea legii lui Watt (Aplicații - Exerciții)
Facturarea serviciului electric depinde de consumul de energie electricăPrin urmare, este foarte util să înțelegem ce este, cum este măsurat și cum să reducem consumul prin aplicarea legii lui Watt. În plus, este o variabilă de bază pentru studiul rețelelor electrice și pentru proiectarea dispozitivelor electrice.
Savantul Watt a stabilit o lege, numită după el, care ne permite să calculăm această importantă variabilă. Apoi, studiul acestei legi și a aplicațiilor sale.
NOȚIUNI DE BAZĂ:
- Circuit electric: Interconectarea elementelor electrice prin care poate curge un curent electric.
- Curent electric: Debitul de încărcare electrică pe unitate de timp printr-un material conductor. Se măsoară în amperi (A).
- Tensiunea electrică: Cunoscut și sub denumirea de tensiune electrică sau diferență de potențial. Este energia necesară pentru a deplasa o sarcină electrică printr-un element. Se măsoară în volți (V).
- energie: Abilitatea de a lucra. Se măsoară în joule (J) sau în watt-ore (Wh).
- Energie electrică: cantitatea de energie pe care un element o livrează sau o absoarbe într-un anumit timp. Puterea electrică se măsoară în wați sau wați, este simbolizată prin litera W.
Poate v-ar putea interesa: Legea lui Ohm și secretele sale, exercițiile și ceea ce stabilește aceasta
Legea lui Watt
Legea lui Watt afirmă că „Puterea electrică consumată sau livrată de un dispozitiv este determinată de tensiunea și curentul care circulă prin dispozitiv.”
Puterea electrică a unui dispozitiv, conform legii lui Watt, este dată de expresia:
P = V x I
Puterea electrică este măsurată în wați (W). „Triunghiul de putere” din Figura 1 este adesea utilizat pentru a determina puterea, tensiunea sau curentul electric.
În figura 2 sunt prezentate formulele conținute în triunghiul puterii.
James Watt (Greenok, Scoția, 1736-1819)
A fost inginer mecanic, inventator și chimist. În 1775 a fabricat motoare cu aburi, grație contribuției sale la dezvoltarea acestor mașini, a început dezvoltarea industrială. El este creatorul motorului rotativ, al motorului cu efect dublu, al instrumentului indicator al presiunii aburului, printre altele.
În sistemul internațional de unități, unitatea pentru putere este „watt” (Watt, W) în onoarea acestui pionier.
Calculul consumului de energie și facturarea serviciului electric folosind legea lui Watt
Plecând de la faptul că puterea electrică este cantitatea de energie pe care un element o livrează sau o absoarbe într-un anumit timp, energia este dată de formula din figura 3.
Energia electrică este de obicei măsurată în unitatea Wh, deși poate fi măsurată și în joule (1 J = 1 Ws) sau în cai putere (CP). Pentru a face diferite măsurători, vă recomandăm să citiți articolul nostru instrumente electrice de măsurare.
Exercițiul 1 aplicând legea lui Watt
Pentru elementul din Figura 4, calculați:
- Putere absorbită
- Energie absorbită timp de 60 de secunde
Soluție Exercițiul 1
A.- Puterea electrică absorbită de element este determinată conform figurii 5.
B.- Energie absorbită
rezultat:
p = 10 W; Energie = 600 J
Consumul de energie electrică:
Furnizorii de servicii de electricitate stabilesc tarife în funcție de consumul de energie electrică - Consumul de energie electrică depinde de puterea consumată pe oră. Se măsoară în kilowați-oră (kWh) sau cai putere (CP).
Consumul de energie electrică = Energie = pt
Exercițiul 2 aplicând legea lui Watt
Pentru un ceas din Figura 8, este achiziționată o baterie de litiu de 3 V. Bateria are o energie stocată de 6.000 joule din fabrică. Știind că ceasul consumă un curent electric de 0.0001 A, în câte zile va dura înlocuirea bateriei?
Soluție Exercițiul 2
Puterea electrică consumată de calculator este determinată folosind legea lui Watt:
Dacă energia consumată de calculator este dată de relația Energie = pt, rezolvând timpul „t” și înlocuind valorile energiei și puterii electrice, se obține durata de viață a bateriei. Vezi figura 6
Bateria are capacitatea de a menține calculatorul pornit timp de 20.000.000 de secunde, ceea ce echivalează cu 7,7 luni.
rezultat:
Bateria ceasului trebuie înlocuită după 7 luni.
Exercițiul 3 aplicând legea lui Watt
Este necesar să cunoașteți estimarea cheltuielilor lunare în serviciul de electricitate pentru un local, știind că rata consumului de energie electrică este de 0,5 $ / kWh. Figura 7 prezintă dispozitivele care consumă energie electrică în incintă:
- Încărcător de telefon de 30 W, funcționează 4 ore pe zi
- Computer desktop, 120 W, funcționează 8 ore pe zi
- Bec cu incandescență, 60 W, funcționează 8 ore pe zi
- Lampa de birou, 30 W, funcționează 2 ore pe zi
- Computer laptop, 60 W, funcționează 2 ore pe zi
- Televizor, 20 W, funcționează 8 ore pe zi
Soluție:
Pentru a determina consumul de energie electrică, se folosește relația Consum de energie = pt. 30 W și se folosește 4 ore pe zi, va consuma 120 Wh sau 0.120Kwh pe zi, așa cum se arată în figura 8.
Tabelul 1 prezintă calculul consumului electric al dispozitivelor locale. Se consumă zilnic 1.900 Wh sau 1.9kWh.
Cu o rată de 0,5 $ / kWh, serviciul electric va costa:
rezultat:
Costul serviciului electric în incintă este de 28,5 USD pe lună, pentru un consum de 57 kWh pe lună.
Convenția semnelor pasive:
Un element poate absorbi sau furniza energie. Când puterea electrică a unui element are un semn pozitiv, elementul absoarbe energia. Dacă puterea electrică este negativă, elementul furnizează energie electrică. Vezi figura 9
S-a stabilit ca o „convenție a semnelor pasive” că puterea electrică:
- Este pozitiv dacă curentul intră prin borna pozitivă a tensiunii din element.
- Este negativ dacă curentul intră prin terminalul negativ. Vezi figura 10
Exercițiul 4 aplicând legea lui Watt
Pentru elementele prezentate în Figura 11, calculați puterea electrică folosind convenția semnului pozitiv și indicați dacă elementul furnizează sau absoarbe energie:
Soluție:
Figura 12 prezintă calculul puterii electrice în fiecare dispozitiv.
Rezultat
LA. (Anul de profit A) Când curentul intră prin terminalul pozitiv, puterea este pozitivă:
p = 20W, elementul absoarbe energia.
B. (Profit pentru exercițiul B) Când curentul intră prin terminalul pozitiv, puterea este pozitivă:
p = - 6 W, elementul furnizează energie.
Concluzii pentru legea lui Watt:
Puterea electrică, măsurată în wați (W), indică cât de repede poate fi transformată energia electrică.
Legea lui Watt oferă ecuația pentru calcularea puterii electrice în sistemele electrice, stabilind relația directă dintre putere, tensiune și curent electric: p = vi
Studiul puterii electrice este util pentru a determina performanța echipamentului, în proiectarea acestuia pentru a reduce consumul electric, pentru colectarea serviciului electric, printre alte aplicații.
Atunci când un dispozitiv consumă energie, puterea electrică este pozitivă, dacă furnizează energie, puterea este negativă. Pentru analiza puterii în circuitele electrice, se folosește de obicei convenția semnului pozitiv, care indică faptul că puterea într-un element este pozitivă dacă curentul electric intră prin terminalul pozitiv.
De asemenea, pe site-ul nostru puteți găsi: Legea lui Kirchhoff, ce stabilește și cum să o aplice
