Работа и мощность электрического тока

Работа электрического тока.

Как вычислить работу электрического тока? Мы уже знаем, что напряжение на концах участка цепи численно равно работе, которая совершается при прохождении по этому участку электрического заряда в 1 Кл. При прохождении по этому же участку электрического заряда, равного не 1 Кл, а, например, 5 Кл, совершённая работа будет в 5 раз больше. Таким образом, чтобы определить работу электрического тока на каком-либо участке цепи, надо напряжение на концах этого участка цепи умножить на электрический заряд (количество электричества), прошедший по нему:

A = Uq,

где А — работа, U — напряжение, q — электрический заряд. Электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения:

q = It.







Используя это соотношение, получим формулу работы электрического тока, которой удобно пользоваться при расчётах:

А = UIt.

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Работу измеряют в джоулях, напряжение в вольтах, силу тока — в амперах и время в секундах, поэтому можно написать:

1 джоуль = 1 вольт х 1 ампер х 1 секунду,

или 1 Дж = 1 В А с.

Выходит, что для измерения работы электрического тока нужны три прибора: вольтметр, амперметр и часы. На практике работу электрического тока измеряют специальными приборами — счётчиками. В устройстве счётчика как бы сочетаются три названных выше прибора. Счётчики электроэнергии сейчас можно видеть почти в каждой квартире.

Пример. Какую работу совершает электродвигатель за 1 ч, если сила тока в цепи электродвигателя 5 А, напряжение на его клеммах 220 В? КПД двигателя 80% .

Запишем условие задачи и решим её.

Мощность электрического тока.

Мы знаем, что мощность численно равна работе, совершённой в единицу времени. Следовательно, чтобы найти среднюю мощность электрического тока, надо его работу разделить на время:

где Р — мощность тока (механическую мощность мы обозначали буквой N).

Работа электрического тока равна произведению напряжения на силу тока и на время: А = UIt, следовательно,

Таким образом, мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока, или

P = UI.

Из этой формулы можно определить, что

За единицу мощности, как известно, принят ватт; 1 Вт = 1 Дж/с. Из формулы Р = UI следует, что

1 ватт = 1 вольт х 1 ампер, или 1 Вт = 1 В ∙ А.

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).

1 гВт = 100 Вт;

1 кВт = 1000 Вт;

1 МВт = 1 000 000 Вт.

Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, необходимо напряжение умножить на силу тока. Значение силы тока и напряжение определяют по показаниям приборов.

Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи.

Единицы работы электрического тока, применяемые на практике.

В паспортах приёмников тока — ламп, плиток, электродвигателей — обычно указывают мощность тока в них. По мощности легко определить работу тока за заданный промежуток времени, пользуясь формулой А = Pt.

Выражая мощность в ваттах, а время в секундах, получим работу в джоулях:

1Вт = 1Дж/с, откуда 1Дж = 1Вт ∙ с.

Однако эту единицу работы неудобно использовать на практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит работу в течение длительного времени, например, в бытовых приборах — в течение нескольких часов, в электропоездах — по нескольку часов и даже суток, а расчёт израсходованной энергии по электросчётчику производится чаще всего за месяц. Поэтому при вычислении работы тока или затрачиваемой и вырабатываемой электрической энергии во всех этих случаях приходится переводить эти отрезки времени в секунды, что усложняет расчёты.

Поэтому на практике, вычисляя работу тока, гораздо удобнее время выражать в часах, а работу тока не в джоулях, а в других единицах: ватт-час (Вт ∙ ч), гектоватт-час (гВт ∙ ч), киловатт-час (кВт ∙ ч).

1Вт ∙ ч = 3600 Дж;

1гВт ∙ ч = 100 Вт ∙ ч = 360 000 Дж;

1кВт ∙ ч = 1000 Вт ∙ ч = 3 600 000 Дж.

Пример. Имеется электрическая лампа, рассчитанная на ток мощностью 100 Вт. Ежедневно лампа горит в течение 6 ч. Найти работу тока за один месяц (30 дней) и стоимость израсходованной энергии, считая, что тариф составляет 300 к. за 1 кВт ∙ ч.

Запишем условие задачи и решим её.

Домашнее задание:
I. Учить §§ 50 – 52.
II. Ответить на вопросы:
1. Чему равно электрическое напряжение на участке цепи?
2. Как через напряжение и электрический заряд, прошедший через участок цепи, выразить работу электрического тока на этом участке?
3. Как выразить работу тока через напряжение, силу тока и время?
4. Какими приборами измеряют работу электрического тока?

5. Что называют мощностью?
6. Как рассчитать мощность?
7. Как выражается мощность электрического тока через напряжение и силу тока?
8. Что принимают за единицу мощности?
9. Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока?
10. Какие единицы мощности используют в практике?

11. Какую величину обычно указывают в паспортах приёмников тока?
12. Как можно выразить работу тока через мощность и время?
13. Какие единицы работы тока используют?
III. Решить упражнение 34
1. Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе за 30 мин, если сила тока в цепи 0,5 А, а напряжение на клеммах двигателя 12 В?
2. Напряжение на спирали лампочки от карманного фонаря равно 3,5 В, сопротивление спирали 14 Ом. Какую работу совершает ток в лампочке за 5 мин?
3. Два проводника, сопротивлением по 5 Ом каждый, соединены сначала последовательно, а потом параллельно и в обоих случаях включены под напряжение 4,5 В. В каком случае работа тока за одно и то же время будет больше и во сколько раз?
IV. Решить упражнение 35
1. В цепь с напряжением 127 В включена электрическая лампа, сила тока в которой 0,6 А. Найдите мощность тока в лампе.
2. Электроплитка рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 3 А. Определите мощность тока в плитке.
3. Пользуясь рисунком на с. 146, вычислите, какую работу совершает за 1 ч электрический ток в лампе карманного фонаря, осветительной лампе мощностью 200 Вт, в лампе звезды башни Кремля.
4. Рассмотрите один-два электроприбора, используемые в квартире. Найдите по паспорту приборов их мощность. Определите работу тока в них за 10 мин.
V. Выполнить задание на стр. 149 (по возможности)
1. Узнайте мощности имеющихся у вас в квартире электрических приборов и примерное время их работы в течение недели. Вычислите стоимость израсходованной ими за неделю энергии и сравните полученную вами сумму с той, которая определяется по счётчику.
2. По счётчику определите и запишите, какая электроэнергия расходуется в вашей квартире за неделю (или месяц). В течение следующей недели (месяца) старайтесь экономить энергию — выключать, когда это возможно, электроприборы. Определите по счётчику, сколько энергии вы сумели сэкономить.
Примечание. Экономия электроэнергии имеет большое значение. Например, 1кВт ∙ ч энергии позволяет выплавить около 20 кг чугуна.