§ 33. Лічильник електричної енергії

Будова та дія електролічильника

Обчислення вартості спожитої електроенергії

БУДОВА ТА ДІЯ ЕЛЕКТРОЛІЧИЛЬНИКА. На завершальному етапі другої промислової революції з винаходом динамо-машин з'явилася можливість виробляти електроенергію у великих обсягах. Першою галуззю масового застосування електроенергії стало освітлення. Коли цей новий продукт — електроенергію — почали продавати, виникла необхідність визначити ціну. Проте було незрозуміло, в яких одиницях слід вести облік і які принципи вимірювання були б найзручнішими.

Лічильник електричної енергії (електролічильник) — електричний вимірювальний прилад, призначений для обліку спожитої електричної енергії.

Першим електролічильником став лічильник годин роботи лампи Самюеля Гардінера (США), запатентований у 1872 р. Він вимірював час, протягом якого подавалася електроенергія (рис. 33.1).

У 1889 р. угорець Отто Тітус Блаті запатентував «Електричний лічильник для змінних струмів», а у 1894 р. Олівер Шелленберг розробив індукційний прилад обліку ват-годин.

Сучасний лічильник електричної енергії для змінного струму складається з металевого обертового диска. Вісь обертання диска з'єднана з лічильним механізмом, який вимірює кількість

обертів диску і дає інформацію про кількість спожитих ват-годин, оскільки кількість обертів диска пропорційна величині електричної енергії, що проходить через прилад. Частота обертання диска пропорційна потужності навантаження: чим більшою є споживана потужність, тим швидше він обертається. Показники лічильника відповідають кількості використаної електроенергії, вираженій у кВт · год. Цифра, що показує десяті частини кВт· год, узята в кольорову рамку (рис. 33.2). Такі електролічильники називають індукційними.

Проте індукційні електролічильники мають низку недоліків: порівняно велика по-

хибка обліку, неможливість автоматичного зняття показників на відстані тощо, тому наразі широко використовуються електронні прилади обліку електроенергії (рис. 33.3).

ОБЧИСЛЕННЯ ВАРТОСТІ СПОЖИТОЇ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ. Кожного місяця ваша родина отримує рахунки за спожиту електроенергію. Спробуємо з’ясувати, яким чином обчислюється її вартість. Насамперед звернемо увагу, що обліковується робота, виконана електричним струмом у процесі функціонування всіх увімкнутих у мережу приладів, що є у вас вдома.

Проте спожита електрична енергія розраховується не в джоулях, а в кіловат-годинах, оскільки робота струму за одиницю часу (ват-за-секунду) є незначною. Тому для спрощення розрахунків прийняли одиницю «кіловат-година», якою й вимірюють спожиту приладами електричну енергію та відповідний час їх роботи. Знаючи тариф на електроенергію (вартість кіловат-години роботи електричного струму у вашому будинку) та кількість спожитих кіловат-годин, можна обчислити вартість спожитої електроенергії. Для цього необхідно кількість спожитих кіловат (витрати електроенергії) помножити на тариф.

Наприклад, якщо поточні покази електролічильника становлять 011706,9 кВт · год, а попередні були 010982,6 кВт · год, то витрати електроенергії дорівнюють 724 кВт · год. Нехай тариф на

електроенергію у вашому будинку становить 45 коп. за 1 кВт · год. Тоді вартість спожитої електроенергії визначаємо як добуток: 724 · 45 = 32580 (коп.) = 325 грн 80 коп.

Головне в цьому параграфі_

Лічильник електричної енергії (електролічильник) — електричний вимірювальний прилад, призначений для обліку спожитої електричної енергії.

Лічильник електричної енергії для змінного струму складається з металевого обертового диска. Вісь обертання диска з'єднана з лічильним механізмом, який вимірює кількість обертів диска і дає інформацію про кількість спожитих ват-годин.

Для спрощення розрахунків вартості електроенергії за одиницю спожитої енергії взято «кіловат-годину».

Для обчислення вартості спожитої електроенергії необхідно кількість спожитих кіловат (витрати електроенергії·) помножити на тариф.

Запитання для самоперевірки_

1.    Що називають електролічильниками?

2.    Опишіть будову та принцип дії електролічильників.

3.    Поясніть, чому для обчислення вартості електроенергії спожиту електроенергію вимірюють у кіловат-годинах.

4.    Яким чином обчислюють вартість спожитої електроенергії?

Вправа до § 33

1п. Поясніть, як можна переконатися в тому, що всі споживачі електроенергії від’єднані від електромережі?

2п. Розгляньте фотографію лічильника й поясніть, що означають надписи: kW-h; 220V; 50 Hz; 10-40 А.

Зс. Підрахуйте вартість спожитої електроенергії за показами лічильника, якщо тариф за електроенергію становить 28 коп. за 1 кВт · год спожитої енергії.

4с. Підрахуйте вартість електроенергії, спожитої електричною лампочкою потужністю 100 Bt протягом місяця (ЗО днів) при тарифі 28 коп. за 1 кВт · год, якщо вона світиться по 8 год за добу.

5д. Розрахуйте вартість електроенергії при тарифі 28 коп. за 1 кВт · год, що споживається електричною праскою за 4 год

роботи, якщо вона вмикається в мережу напругою 220 В. Сила струму в прасці 2,5 А.

6д. За користування електроенергією протягом місяця родина сплатила 112 грн 50 коп. Визначте витрати електроенергії, якщо тариф на неї становить 45 коп. за 1 кВт · год.

7д. Запишіть паспортні дані потужності домашнього електричного чайника. Визначте кількість електричної енергії, спожитої на нагрівання води в чайнику до кипіння. Обчисліть її вартість.

8д. Запишіть паспортні дані електричних приладів, якими ви користуєтеся в побуті. Визначте та яку силу струму мають бути розраховані запобіжники, якщо всі прилади будуть увімкнуті одночасно. домашнього електричного чайника. Визначте кількість електричної енергії, спожитої на нагрівання води в чайнику до кипіння. Обчисліть її вартість.

8в. У квартирі залишили ввімкненою тільки одну електролампочку.

Число обертів диска лічильника за 10 хв дорівнює 20. На панелі лічильника є напис: 1 кВт · год = 1200 обертам диска. Визначте потужність увімкненої лампи.

втаїмося РОЗВ’ЯЗУВАТИ ФІЗИЧНІ ЗАДАЧІ З ТЕМИ «З’ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ.

РОБОТА, ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ»

Починаючи розв’язувати задачі на розрахунок електричних кіл, поновіть у пам’яті закон Ома для ділянки кола, закони, які виконуються при послідовному та паралельному з’єднанні провідників та правила спрощення розрахунку електричних кіл: переміщення точок з’єднання та зміни довжини зображених провідників, дії за наявності перемичок, використання еквівалентних опорів та симетрії електричної схеми.

Задача I. На малюнку зображено схему електричного кола з шести однакових резисторів по 60 Ом. Визначте силу струму в кожному резисторі, якщо напруга між точками AiB дорівнює 220 В.

Розв’язуючи задачі на розрахунок роботи та потужності електричного струму, необхідно пам’ятати: формули роботи та потужності електричного струму, закон Джоуля — Ленца, закон збереження енергії, закономірності послідовного й паралельного з’єднання провідників, залежність опору від матеріалу та розмірів, формули для розрахунку кількості теплоти в різних процесах.

Задача 2. За 10 хв у електричному чайнику нагріли 0,5 л води від 20 °С до кипіння, сила струму в мережі 1,2 А, а опір спіралі електрочайника 260 Ом. Питома теплоємність води 4200 Дж/(кг · °С). Визначити ККД електрочайника.

Задача 3. Електрична мережа квартири розрахована на силу струму 6 А, лічильник електричної енергії — на силу струму 10 А. На який струм має бути розрахований автоматичний вимикач? Чи спрацює автоматичний вимикач, якщо увімкнути одночасно декілька електричних приладів загальною потужністю 2 кВт?

Всі електричні прилади, у тому числі електричний лічильник, мають запас міцності, тому автоматичний вимикач або плавкий запобіжник слід розраховувати з певним запасом на мінімальну силу струму, тобто 6 А.

При напрузі в мережі 220 В максимальна потужність приладів:

автоматичний вимикач повинен спрацювати бо потужність приладів більша за допустиму для дротів електричної мережі.

Якщо запобіжники будуть розраховані на 10 А то провідники в оселі нагріватимуться, що може призвести до пожежі.

ВИЯВЛЯЄМО ПРЕДМЕТНУ КОМПЕТЕНТНІСТЬ З ТЕМИ «З’ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ.

РОБОТА, ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ»

In. Яка фізична величина завжди є однаковою в колі для всіх провідників, з’єднаних паралельно?

A)    сила струму;

Б) напруга;

B)    опір;

Г) потужність.

2п. Робота електричного струму на ділянці електричного кола визначається за формулою:

A)    A = Fs;

Б) P = UI;

B)    A = UIt;

Г) A = АЕ.

Зп. Укажіть прізвище вченого, який встановив від чого залежить сила струму на ділянці електричного кола:

A)    Дж. Джоуль;

Б) Г. Ом;

B)    Ш. Кулон;

Г) Е. Ленц.

4п. Два резистори з’єднані послідовно. Опір першого резистора 5 Ом, а опір другого — 15 Ом. Виберіть правильне твердження:

A)    загальний опір резисторів 10 Ом;

Б) сила струму на першому резисторі більша;

B)    напруга на обох резисторах однакова;

Г) сила струму в обох резисторах однакова.

5с. Які опори можна одержати, з’єднавши 3 резистори опором 2 Ом кожен?

A)    2/3 Ом, 6 Ом, 3 Ом;

Б) 2/3 Ом, 4 Ом, 3 Ом;

B)    1/3 Ом, 6 Ом, 3 Ом;

Г) 2/3 Ом, 2 Ом, 4 Ом.

6с. Два провідники, що мають однакові опори, з’єднано спочатку послідовно, а потім паралельно. В обох випадках напруга на ділянці кола є однаковою. Встановіть, у якому випадку робота електричного струму за той самий час буде більша і в скільки разів:

А) при послідовному з’єднанні робота електричного струму в 2 рази більша;

Б) робота електричного струму в обох випадках однакова;

В) при паралельному з’єднанні робота електричного струму в 4 рази більша;

Г) при паралельному з’єднанні робота електричного струму у 8 разів більша.

7с. Як зміниться кількість теплоти, яка виділяється в провіднику зі струмом за певний інтервал часу, якщо за незмінного опору напругу на ньому зменшити в 2 рази?

A)    збільшиться в 4 рази;

Б) зменшиться в 4 рази;

B)    збільшиться в 2 рази;

Г) зменшиться в 2 рази.

8с. Обчисліть вартість електроенергії за 2 год роботи електродвигуна потужністю 6 кВт. Вартість 1 кВт · год становить 16 коп.

A)    1,6 грн;

Б) 1,92 грн;

B)    0,96 грн;

Г) 2,4 грн.

9с. Електродвигун, увімкнутий до мережі, споживає потужність 6,2 кВт. Яку роботу виконує струм у колі двигуна за 1,5 год?

A)    4,13 кДж;

Б) 33,48 МДж;

B)    9,3 кДж;

Г) 93 кВт · год.

Юд. Установіть відповідність між назвою закону та його математичним записом.

A)    закон Джоуля — Ленца    I) P = IU;

Б) потужність електричного струму 2) A = IUt;

B) закон Ома для ділянки кола    3) A = Fs;

Г) робота електричного струму    4) Q = I²Rf

5) U

~ R’

11д. Установіть відповідність між напругою, роботою електричного струму та зарядом, що пройшов через провідник.

12д. До кінців ділянок кола прикладено однакову напругу. Порівняйте силу струму в кожній з ділянок і розташуйте ділянки в порядку збільшення сили струму:

ІЗд. До джерела постійної напруги 9 В підключили три однакових резистори по 1 Ом. Визначте потужність електричного струму в кожному з них.

14в. Визначте роботу електродвигуна пральної машини, який працює від напруги 380 В продовж 10 хв. Опір обмотки становить 200 Ом. ККД електродвигуна 70 %.

15в. Визначте час, протягом якого має працювати електричний чайник, щоб нагріти 0,5 л води від 20 °С до температури кипіння, якщо сила струму в нагрівальному елементі опором 260 Ом становить 1,2 А. Питома теплоємність води 4200 Дж/(кг · °С).

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Головко