Sila Wattovho zákona (Aplikácie - Cvičenia)
Vyúčtovanie elektrickej služby záleží na spotrebe elektrická energiaPreto je veľmi užitočné pochopiť, o čo ide, ako sa meria a ako znížiť spotrebu pomocou Wattovho zákona. Okrem toho je to základná premenná pre štúdium elektrických sietí a pre návrh elektrických zariadení.
Vedec Watt ustanovil zákon, pomenovaný po ňom, ktorý nám umožňuje vypočítať túto dôležitú premennú. Ďalej štúdium tohto zákona a jeho aplikácií.
ZÁKLADNÉ POJMY:
- Elektrický obvod: Prepojenie elektrických prvkov, cez ktoré môže prúdiť elektrický prúd.
- Elektrický prúd: Tok elektrického náboja za jednotku času vodivým materiálom. Meria sa v ampéroch (A).
- Elektrické napätie: Známe tiež ako elektrické napätie alebo rozdiel potenciálov. Je to energia potrebná na pohyb elektrického náboja cez prvok. Meria sa vo voltoch (V).
- energie: Schopnosť pracovať. Meria sa v jouloch (J) alebo vo watthodinách (Wh).
- Elektrická energia: množstvo energie, ktoré prvok dodáva alebo absorbuje v danom čase. Elektrická energia sa meria vo wattoch alebo wattoch. Symbolizuje ju písmeno W.
Možno by vás mohlo zaujímať: Ohmov zákon a jeho tajomstvá, cvičenia a čo ustanovuje
Wattov zákon
Uvádza to Wattov zákon „Elektrická energia, ktorú zariadenie spotrebúva alebo dodáva, je určená napätím a prúdom, ktorý prúdi cez zariadenie.“
Elektrická energia zariadenia je podľa Wattovho zákona daná výrazom:
P = V x I
Elektrický výkon sa meria vo wattoch (W). „Výkonový trojuholník“ na obrázku 1 sa často používa na určenie výkonu, napätia alebo elektrického prúdu.
Na obrázku 2 sú zobrazené vzorce obsiahnuté v silovom trojuholníku.
James Watt (Greenok, Škótsko, 1736-1819)
Bol to strojný inžinier, vynálezca a chemik. V roku 1775 vyrobil parné stroje, vďaka jeho príspevku k vývoju týchto strojov sa začal priemyselný vývoj. Je okrem iného tvorcom rotačného motora, motora s dvojitým účinkom, prístroja na indikáciu tlaku pary.
V medzinárodnom systéme jednotiek je jednotkou výkonu „watt“ (Watt, W) na počesť tohto priekopníka.
Výpočet spotreby energie a fakturácia elektrických služieb pomocou Wattovho zákona
Vychádzajúc zo skutočnosti, že elektrická energia je množstvo energie, ktoré prvok dodáva alebo absorbuje v danom čase, je energia daná vzorcom na obrázku 3.
Elektrická energia sa zvyčajne meria v jednotke Wh, aj keď sa dá merať aj v jouloch (1 J = 1 Ws) alebo v koňoch (hp). Ak chcete vykonať rôzne merania, odporúčame vám prečítať si náš článok elektrické meracie prístroje.
Cvičenie 1 uplatnenie Wattovho zákona
Pre prvok na obrázku 4 vypočítajte:
- Absorbovaná sila
- Energia absorbovaná po dobu 60 sekúnd
Cvičenie riešenia 1
A.- Elektrická energia absorbovaná prvkom sa stanoví podľa obrázku 5.
B.- Absorbovaná energia
výsledok:
p = 10 W; Energia = 600 J
Spotreba elektrickej energie:
Poskytovatelia elektrických služieb stanovujú sadzby podľa spotreby elektrickej energie - Spotreba elektrickej energie závisí od energie spotrebovanej za hodinu. Meria sa v kilowatthodinách (kWh) alebo konských silách (hp).
Spotreba elektriny = Energia = pt
Cvičenie 2 uplatnenie Wattovho zákona
Pre hodiny na obrázku 8 je zakúpená lítiová batéria 3 V. Batéria má z výroby akumulovanú energiu 6.000 0.0001 joulov. Ak viete, že hodiny spotrebovávajú elektrický prúd XNUMX A, za koľko dní bude trvať výmena batérie?
Cvičenie riešenia 2
Elektrická energia spotrebovaná kalkulačkou sa určuje pomocou Wattovho zákona:
Ak je energia spotrebovaná kalkulačkou daná vzťahom Energia = pt, riešením času „t“ a nahradením hodnôt energie a elektrickej energie, získa sa doba životnosti batérie. Pozri obrázok 6
Batéria je schopná udržať kalkulačku zapnutú 20.000.000 7,7 XNUMX sekúnd, čo je v prepočte XNUMX mesiaca.
výsledok:
Batéria hodín by mala byť vymenená po 7 mesiacoch.
Cvičenie 3 uplatnenie Wattovho zákona
Je potrebné poznať odhad mesačných výdavkov na elektrickú službu pre miestneho zákazníka s vedomím, že sadzba za spotrebu elektriny je 0,5 $ / kWh. Obrázok 7 zobrazuje zariadenia, ktoré v priestoroch spotrebúvajú elektrinu:
- 30 W nabíjačka na telefón, fungujúca 4 hodiny denne
- Stolný počítač, 120 W, prevádzkovaný 8 hodín denne
- Žiarovka, 60 W, pracujúca 8 hodín denne
- Stolná lampa, 30 W, je v prevádzke 2 hodiny denne
- Prenosný počítač, 60 W, v prevádzke 2 hodiny denne
- Televízor, 20 W, v prevádzke 8 hodín denne
Riešenie:
Na určenie spotreby elektrickej energie sa použije vzťah Spotreba energie = pt. Teda pre nabíjačku telefónu, ktorá spotrebováva 30 W a používa sa 4 hodiny denne, denne spotrebuje 120 Wh alebo 0.120 Kwh, ako je znázornené na obrázku 8.
V tabuľke 1 je uvedený výpočet elektrickej spotreby miestnych zariadení. Denne sa spotrebuje 1.900 1.9 Wh alebo XNUMX kWh.
Pri sadzbe 0,5 $ / kWh bude elektrická služba stáť:
výsledok:
Náklady na elektrickú službu v objekte sú 28,5 USD mesačne pri spotrebe 57 kWh mesačne.
Pasívny znakový dohovor:
Prvok môže absorbovať alebo dodávať energiu. Keď má elektrická energia prvku kladné znamenie, prvok absorbuje energiu. Ak je elektrická energia záporná, prvok dodáva elektrickú energiu. Pozri obrázok 9
Ako „konvencia pasívnych znamienok“ sa ustanovilo, že elektrická energia:
- Je pozitívne, ak prúd vstupuje cez kladnú svorku napätia v prvku.
- Je záporné, ak prúd vstupuje cez záporný pól. Pozri obrázok 10
Cvičenie 4 s uplatnením Wattovho zákona
Pre prvky zobrazené na obrázku 11 vypočítajte elektrickú energiu pomocou konvencie kladných znamienok a uveďte, či prvok dodáva alebo absorbuje energiu:
Riešenie:
Obrázok 12 zobrazuje výpočet elektrickej energie v každom zariadení.
Následok
TO. (Ziskový rok A) Keď prúd vstupuje cez kladný pól, výkon je kladný:
p = 20W, prvok absorbuje energiu.
B. (Zisk za cvičenie B) Keď prúd vstupuje cez kladný pól, výkon je kladný:
p = - 6 W, prvok dodáva energiu.
Závery pre Wattov zákon:
Elektrický výkon, meraný vo wattoch (W), ukazuje, ako rýchlo je možné elektrickú energiu transformovať.
Wattov zákon poskytuje rovnicu na výpočet elektrickej energie v elektrických systémoch a ustanovuje priamy vzťah medzi výkonom, napätím a elektrickým prúdom: p = vi
Štúdia elektrickej energie je užitočná na stanovenie výkonu zariadenia pri jeho navrhovaní na zníženie spotreby elektrickej energie, pri zhromažďovaní elektrickej služby, okrem iných aplikácií.
Keď zariadenie spotrebováva energiu, je elektrická energia kladná, ak dodáva energiu, je záporná. Na analýzu výkonu v elektrických obvodoch sa zvyčajne používa konvencia kladného znamienka, ktorá naznačuje, že výkon v prvku je kladný, ak elektrický prúd vstupuje cez kladný pól.
Na našom webe tiež nájdete: Kirchhoffov zákon, čo ustanovuje a ako ho uplatňovať
