Сила закону Ватта (додатки - вправи)
Виставлення рахунків за електричну послугу залежить від споживання електроенергіяТому дуже корисно зрозуміти, що це таке, як воно вимірюється і як зменшити споживання, застосовуючи закон Ватта. Крім того, це основна змінна для вивчення електричних мереж, а також при проектуванні електричних приладів.
Вчений Ватт встановив закон, названий на його честь, який дозволяє нам обчислити цю важливу змінну. Далі вивчення цього закону та його застосувань.
ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ:
- Електрична схема: Взаємозв’язок електричних елементів, через які може протікати електричний струм.
- Електричний струм: Потік електричного заряду за одиницю часу через струмопровідний матеріал. Вимірюється в амперах (А).
- Електрична напруга: Також відомий як електрична напруга або різниця потенціалів. Це енергія, необхідна для переміщення електричного заряду через елемент. Вимірюється у вольтах (V).
- Energía: Здатність виконувати роботу. Вимірюється в джоулях (Дж) або у ват-годинах (Вт).
- Електроенергія: кількість енергії, яку елемент доставляє або поглинає за певний час. Електрична потужність вимірюється у ватах або ватах, вона символізується літерою W.
Можливо, вас може зацікавити: Закон Ома та його секрети, вправи та те, що він встановлює
Закон Ватта
Закон Ватта стверджує, що "Електрична потужність, яку споживає або подає пристрій, визначається напругою та струмом, що протікають через пристрій".
Електрична потужність пристрою, згідно із законом Ватта, задається виразом:
P = V x I
Електрична потужність вимірюється у ватах (Вт). "Трикутник потужності" на малюнку 1 часто використовується для визначення потужності, напруги або електричного струму.
На рисунку 2 показані формули, що містяться у трикутнику потужності.
Джеймс Ватт (Грінок, Шотландія, 1736-1819)
Він був інженером-механіком, винахідником і хіміком. У 1775 році він виготовив парові машини, завдяки його внеску у розвиток цих машин розпочався промисловий розвиток. Він створив роторний двигун, двигун із подвійним ефектом, прилад для індикації тиску пари, серед інших.
У Міжнародній системі одиниць одиницею вимірювання є "ватт" (Вт, Вт) на честь цього піонера.
Розрахунок споживання енергії та виставлення рахунків за електричну послугу за допомогою закону Ватта
Виходячи з того, що електрична потужність - це кількість енергії, яку елемент доставляє або поглинає за певний час, енергія дається за формулою на малюнку 3.
Електрична енергія зазвичай вимірюється в одиницях Вт · год, хоча вона також може бути виміряна в джоулях (1 Дж = 1 Вт) або в кінських силах (к.с.). Для проведення різних вимірювань рекомендуємо прочитати нашу статтю електричні вимірювальні прилади.
Вправу 1 застосовуючи закон Ватта
Для елемента на малюнку 4 обчисліть:
- Поглинена сила
- Енергія поглинається протягом 60 секунд
Розв’язання вправи 1
A. - Електрична потужність, що поглинається елементом, визначається згідно з малюнком 5.
Б. - Поглинена енергія
Результат:
р = 10 Вт; Енергія = 600 Дж
Споживання електричної енергії:
Постачальники послуг з електроенергії встановлюють тарифи відповідно до споживання електроенергії. Вимірюється в кіловат-годинах (кВт-год) або кінських силах (к.с.).
Споживання електроенергії = Енергія = пт
Вправу 2 застосовуючи закон Ватта
Для годинника, зображеного на малюнку 8, купується літієва батарея на 3 В. Завод має акумуляторну енергію, що зберігається 6.000 джоулів. Знаючи, що годинник споживає електричний струм 0.0001 А, через скільки днів знадобиться заміна акумулятора?
Розв’язання вправи 2
Електрична потужність, споживана калькулятором, визначається за законом Ватта:
Якщо енергію, споживану калькулятором, задати відношенням Енергія = pt, вирішивши час "t", і підставивши значення енергії та електричної потужності, отримується час автономної роботи. Дивіться малюнок 6
Акумулятор здатний утримувати калькулятор увімкненим протягом 20.000.000 7,7 XNUMX секунд, що еквівалентно XNUMX місяця.
Результат:
Акумулятор годинника слід замінити через 7 місяців.
Вправу 3 застосовуючи закон Ватта
Потрібно знати кошторис щомісячних витрат на електроенергію для місцевого жителя, знаючи, що норма споживання електроенергії становить 0,5 $ / кВт-год. На рисунку 7 показано пристрої, які споживають електроенергію в приміщенні:
- Зарядний пристрій на 30 Вт, працює 4 години на день
- Настільний комп'ютер, 120 Вт, працює 8 годин на день
- Лампа розжарювання, 60 Вт, працює 8 годин на добу
- Настільна лампа потужністю 30 Вт працює 2 години на день
- Портативний комп'ютер, 60 Вт, працює 2 години на день
- Телевізор, 20 Вт, працює 8 годин на день
Рішення:
Для визначення споживання електроенергії використовується співвідношення Споживання енергії = пт. Таким чином, для телефонного зарядного пристрою, який споживає 30 Вт і використовується 4 години на день, споживаючи 120 Вт · год або 0.120 кВт-год на день, як показано на малюнку 8.
У таблиці 1 наведено розрахунок споживання електроенергії місцевими пристроями. Щодня споживається 1.900 Вт / год або 1.9 кВт-год.
При ставці 0,5 $ / кВт-год електрична послуга буде коштувати:
Результат:
Вартість електричного обслуговування в приміщенні становить 28,5 доларів на місяць при споживанні 57 кВт-год на місяць.
Конвенція про пасивний знак:
Елемент може поглинати або подавати енергію. Коли електрична сила елемента має позитивний знак, елемент поглинає енергію. Якщо електрична потужність від’ємна, елемент подає електричну енергію. Див. Малюнок 9
Було встановлено як "пасивний знак", що електроенергія:
- Позитивно, якщо струм надходить через позитивну клему напруги в елементі.
- Негативно, якщо струм надходить через мінусову клему. Див. Малюнок 10
Вправа 4 із застосуванням закону Ватта
Для елементів, зображених на малюнку 11, розрахуйте електричну потужність, використовуючи домовленість про позитивні знаки, та вкажіть, подає чи поглинає елемент енергію:
Рішення:
На рисунку 12 показано розрахунок електричної потужності кожного пристрою.
Результат
ДО. (Рік прибутку А) Коли струм надходить через позитивну клему, потужність є додатною:
p = 20W, елемент поглинає енергію.
Б. (Прибуток від вправи Б) Коли струм надходить через позитивну клему, потужність є додатною:
p = - 6 Вт, елемент подає потужність.
Висновки щодо закону Ватта:
Електрична потужність, виміряна у ватах (Вт), вказує на те, як швидко електрична енергія може бути перетворена.
Закон Ватта забезпечує рівняння для розрахунку електричної потужності в електричних системах, встановлюючи прямий зв'язок між потужністю, напругою та електричним струмом: p = vi
Вивчення електричної потужності корисно для визначення характеристик обладнання, при його розробці для зменшення споживання електроенергії, для збору електроенергії, серед інших застосувань.
Коли пристрій споживає енергію, електрична потужність є позитивною, якщо вона постачає енергію, вона є негативною. Для аналізу потужності в електричних ланцюгах зазвичай використовують домовленість про позитивні знаки, яка вказує на те, що потужність в елементі є позитивною, якщо електричний струм надходить через позитивну клему.
Також на нашому веб-сайті ви можете знайти: Закон Кірхгофа, що він встановлює і як його застосовувати
