Kraften i Watts lag (ansökningar - övningar)
Fakturering av eltjänster beror på konsumtionen av elkraftDärför är det mycket användbart att förstå vad det är, hur det mäts och hur man minskar konsumtionen genom att tillämpa Watts lag. Dessutom är det en grundläggande variabel för studier av elektriska nätverk och för design av elektriska apparater.
Forskaren Watt upprättade en lag, uppkallad efter honom, som gör det möjligt för oss att beräkna denna viktiga variabel. Därefter studien av denna lag och dess tillämpningar.
GRUNDLÄGGANDE BEGRÄNSNINGAR:
- Elektrisk krets: Sammankoppling av elektriska element genom vilka en elektrisk ström kan strömma.
- Elektrisk ström: Elektriskt laddningsflöde per tidsenhet genom ett ledande material. Den mäts i ampere (A).
- Elektrisk spänning: Även känd som elektrisk spänning eller potentialskillnad. Det är den energi som krävs för att flytta en elektrisk laddning genom ett element. Den mäts i volt (V).
- Energía: Förmåga att utföra arbete. Det mäts i joule (J) eller i wattimmar (Wh).
- Elkraft: mängd energi som ett element levererar eller absorberar under en given tid. Elektrisk effekt mäts i watt eller watt, den symboliseras av bokstaven W.
Du kanske är intresserad av: Ohms lag och dess hemligheter, övningar och vad den fastställer
Watt's Law
Watts lag säger att "Den elektriska kraften som en enhet förbrukar eller levererar bestäms av spänningen och strömmen som flödar genom enheten."
En enhets elektriska kraft, enligt Watt's Law, ges av uttrycket:
P = V x I
Elektrisk effekt mäts i watt (W). "Kraftstriangeln" i figur 1 används ofta för att bestämma effekt, spänning eller elektrisk ström.
I figur 2 visas formlerna i kraft triangeln.
James Watt (Greenok, Skottland, 1736-1819)
Han var maskiningenjör, uppfinnare och kemist. År 1775 tillverkade han ångmaskiner, tack vare sitt bidrag till utvecklingen av dessa maskiner började industriell utveckling. Han är skaparen av den roterande motorn, dubbeleffektmotorn, ångtrycksindikatorinstrumentet, bland andra.
I det internationella enhetssystemet är enheten för kraft ”watt” (Watt, W) till ära för denna pionjär.
Beräkning av energiförbrukning och eltjänstfakturering med hjälp av Watts lag
Med utgångspunkt från det faktum att elektrisk kraft är den mängd energi som ett element levererar eller absorberar under en given tid, ges energin med formeln i figur 3.
Elektrisk energi mäts vanligtvis i enheten Wh, även om den också kan mätas i joule (1 J = 1 Ws) eller i hästkrafter (hk). För att göra de olika mätningarna rekommenderar vi att du läser vår artikel om elektriska mätinstrument.
1 övning tillämpa Watts lag
För elementet i figur 4, beräkna:
- Absorberad kraft
- Energi absorberad i 60 sekunder
Lösning Övning 1
A. - Den elektriska kraften som absorberas av elementet bestäms enligt figur 5.
B. - Absorberad energi
Resultat:
p = 10 W; Energi = 600 J
Förbrukning av elektrisk energi:
Eltjänstleverantörer fastställer priser enligt elförbrukning.Elektrisk förbrukning beror på den förbrukade kraften per timme. Den mäts i kilowattimmar (kWh) eller hästkrafter (hk).
Elförbrukning = Energi = pt
2 övning tillämpa Watts lag
För en klocka i Figur 8 köps ett 3 V. litiumbatteri. Batteriet har en lagrad energi på 6.000 0.0001 joule från fabriken. Att veta att klockan förbrukar en elektrisk ström på XNUMX A, hur många dagar tar det att byta ut batteriet?
Lösning Övning 2
Den elektriska kraften som förbrukas av räknaren bestäms med hjälp av Watt's Law:
Om energin som förbrukas av räknaren ges av förhållandet Energi = pt, löser tiden "t" och ersätter värdena för energi och elektrisk kraft, erhålls batteriets livslängd. Se figur 6
Batteriet har kapacitet att hålla kalkylatorn på i 20.000.000 7,7 XNUMX sekunder, vilket motsvarar XNUMX månader.
Resultat:
Klockbatteriet ska bytas ut efter 7 månader.
3 övning tillämpa Watts lag
Det krävs att man känner till uppskattningen av de månatliga utgifterna i elservice för en lokal, med vetskap om att elförbrukningstakten är 0,5 $ / kWh. Figur 7 visar enheterna som förbrukar el inom lokalerna:
- 30 W telefonladdare, fungerar 4 timmar om dagen
- Stationär dator, 120 W, kör 8 timmar om dagen
- Glödlampa, 60 W, kör 8 timmar om dagen
- Skrivbordslampa, 30 W, fungerar 2 timmar om dagen
- Bärbar dator, 60 W, fungerar 2 timmar om dagen
- TV, 20 W, kör 8 timmar om dagen
Lösning:
För att bestämma elförbrukningen används förhållandet Energiförbrukning = pt. 30 W och används 4 timmar om dagen, den förbrukar 120 Wh eller 0.120Kwh per dag, som visas i figur 8.
Tabell 1 visar beräkningen av den elektriska förbrukningen för de lokala enheterna. 1.900 Wh eller 1.9 kWh förbrukas dagligen.
Med en hastighet på 0,5 $ / kWh kostar eltjänsten:
Resultat:
Kostnaden för elservice i lokalerna är 28,5 USD per månad, för en förbrukning på 57 kWh per månad.
Konvention för passivt tecken:
Ett element kan absorbera eller leverera energi. När den elektriska effekten hos ett element har ett positivt tecken absorberar elementet energi. Om den elektriska effekten är negativ, levererar elementet elektrisk energi. Se figur 9
Det etablerades som en "passiv teckenkonvention" att elkraft:
- Det är positivt om strömmen kommer in genom den positiva terminalen för spänningen i elementet.
- Det är negativt om strömmen kommer in genom den negativa terminalen. Se figur 10
Övning 4 med tillämpning av Watts lag
För elementen som visas i figur 11, beräkna den elektriska effekten med positivt teckenkonvention och ange om elementet levererar eller absorberar energi:
Lösning:
Figur 12 visar beräkningen av elkraften i varje enhet.
Resultat
TILL. (Resultat år A) När strömmen kommer in genom den positiva terminalen är effekten positiv:
p = 20W absorberar elementet energi.
B. (Vinst för övning B) När strömmen kommer in genom den positiva terminalen är effekten positiv:
p = - 6 W, elementet levererar kraft.
Slutsatser för Watt's Law:
Elektrisk effekt, mätt i watt (W), indikerar hur snabbt elektrisk energi kan transformeras.
Watt's Law tillhandahåller ekvationen för beräkning av elektrisk kraft i elektriska system, vilket fastställer det direkta sambandet mellan effekt, spänning och elektrisk ström: p = vi
Studien av elkraften är användbar för att bestämma utrustningens prestanda, i utformningen av densamma för att minska elförbrukningen, för insamling av elservice, bland andra applikationer.
När en enhet förbrukar energi är den elektriska effekten positiv, om den levererar energi är effekten negativ. För analys av effekt i elektriska kretsar används vanligtvis positivt teckenkonvention, vilket indikerar att effekten i ett element är positiv om den elektriska strömmen kommer in genom den positiva terminalen.
Även på vår hemsida hittar du: Kirchhoffs lag, vad den fastställer och hur man tillämpar den
