Дія всіх відомих електричних приладів відбувається за рахунок електричної енергії. В результаті цього ми отримуємо світло, тепло, звук, механічний рух, тобто різні види енергії. У цій статті ми розглянемо і вивчимо таке фізичне поняття, як потужність електричного струму.
Формули потужності струму
Під потужністю струму так само, як і в механіці, розуміють роботу, яка виконується за одиницю часу. Розрахувати потужність, знаючи роботу, яку виконує електричний струм за деякий проміжок часу, допоможе фізична формула.
Струм, напруга, потужність в електростатики пов`язані рівністю, яке можна вивести з формули A = UIt. По ній визначають роботу, яку виконує електричний струм:
P = A / t = UIt / t = UI
Таким чином, формула потужності постійного струму на будь-якій ділянці ланцюга виражається як добуток сили струму на напругу між кінцями ділянки.
Одиниці виміру потужності
1 Вт (ват) - потужність струму в 1 А (ампер) в провіднику, між кінцями якого підтримується напругу 1 В (вольт).
Прилад для вимірювання потужності електричного струму називається ватметр. Також формула потужності струму дозволяє визначати потужність за допомогою вольтметра і амперметра.
Позасистемнаодиниця потужності - кВт (кіловат), ГВт (гігават), мВт (милливатт) і ін. З цим пов`язані і деякі позасистемні одиниці вимірювання роботи, які часто використовують в побуті, наприклад (кіловаттmiddot-годину). оскільки 1кВт = 103Вт, а 1ч = 3600С, то
1кВтmiddot-ч = 103Втmiddot-3600С = 3,6middot-106Втmiddot-з = 3,6middot-106Дж.
Закон Ома і потужність
Використовуючи закон Ома, формула потужності струму P = UI записується в такому вигляді:
P = UI = U2/ R = I2/ R
Отже, потужність, що виділяється на провідниках, прямо пропорційна силі струму, що протікає через провідник, і напрузі на його кінцях.
Фактична і номінальна потужність
При вимірюванні потужності в споживача формула потужності струму дозволяє визначити її фактичну величину, тобто ту, яка реально виділяється в даний момент часу на споживача.
У паспортах різних електричних приладів також відзначають значення потужності. Її називають номінальною. У паспорті електричного приладу зазвичай вказують не тільки номінальну потужність, але і напруга, на яке він розрахований. Однак напруга в мережі може трохи відрізнятися від зазначеного в паспорті, наприклад, збільшуватися. Зі збільшенням напруги збільшується і сила струму в мережі, а отже, і потужність струму в споживачі. Тобто значення фактичної і номінальної потужності приладу можуть відрізнятися. Максимальна фактична потужність електричного пристрою більше номінальної. Це зроблено з метою запобігання виходу приладу з ладу при незначних змінах напруги в мережі.
Якщо ланцюг складається з декількох споживачів, то, розраховуючи їх фактичну потужність, слід пам`ятати, що при будь-якому поєднанні споживачів загальна потужність у всьому ланцюзі дорівнює сумі потужностей окремих споживачів.
Коефіцієнт корисної дії електричного приладу
Як відомо, ідеальних машин і механізмів не існує (тобто таких, які б повністю перетворювали один вид енергії в інший або генерували б енергію). Під час роботи пристрою обов`язково частина витраченої енергії йде на подолання небажаних сил опору або просто «розсіюється» в навколишнє середовище. Таким чином, тільки частина витраченої нами енергії йде на виконання корисної роботи, для виконання якої і було створено пристрій.
Фізична величина, яка показує, яка частина корисної роботи в витраченої, називається коефіцієнтом корисної дії (далі ККД).
Іншими словами, ККД показує, наскільки ефективно використовується витрачена робота при її виконанні, наприклад, електричним приладом.
ККД (позначається грецькою буквою eta- ( "ця")) - фізична величина, яка характеризує ефективність електричного приладу і показує, яка частина корисної роботи в витраченої.
ККД визначається (як і в механіці) за формулою:
eta- = AП/ AЗmiddot-100%
Якщо відома потужність електричного струму, формули для визначення ККД будуть виглядати так:
eta- = PП/ PЗmiddot-100%
Перш ніж визначати ККД деякого пристрою, необхідно визначити, що є корисною роботою (для чого створено пристрій), і що є витраченої роботою (робота виконується або яка енергія витрачається для виконання корисної роботи).
завдання
Звичайна електрична лампа має потужність 60 Вт і робоча напруга 220 В. Яку роботу виконує електричний струм в лампі, і скільки ви платити за електроенергію протягом місяця, при тарифі Т = 28 рублів, використовуючи лампу 3 години щодня?
Яка сила струму в лампі і опір її спіралі в робочому стані?
Рішення:
1. Для вирішення даної проблеми:
а) обчислюємо час роботи лампи протягом місяця-
б) обчислюємо роботу сили струму в лампе-
в) обчислюємо плату за місяць за тарифом 28 рублів-
г) обчислюємо силу струму в лампе-
д) обчислюємо опір спіралі лампи в робочому стані.
2. Роботу сили струму розраховуємо за формулою:
А = Рmiddot-t
Силу струму в лампі допоможе обчислити формула потужності струму:
Р = UI-
I = P / U.
Опір спіралі лампи в робочому стані із закону Ома одно:
R = U / I.
3. СІ
[А] = Втmiddot-ч-
[I] = 1Вmiddot-1А / 1В = 1A-
[R] = 1В / 1A = 1 Ом.
4. Обчислення:
t = 30 днів middot- 3 ч = 90 ч-
А = 60middot-90 = 5400 Втmiddot-ч = 5,4 кВтmiddot-ч-
I = 60/220 = 0,3 А-
R = 220 / 0,3 = 733 Ом
В = 5,4 кВтmiddot-чmiddot-28 к / кВт ч = 151 руб.
Відповідь: А = 5,4 кВтmiddot-ч-I = 0,3 А- R = 733 Ом В = 151 рубль.
