Народна Освіта » Фізика » § 33. Работа и мощность электрического тока

НАРОДНА ОСВІТА

§ 33. Работа и мощность электрического тока

Каждый из вас видел счетчик электрической энергии (электросчетчик), и кто-то даже снимал его показания. А как вы думаете, какую физическую величину измеряет этот прибор? Чтобы проверить свои предположения, ознакомьтесь с содержанием данного параграфа.

выясняем, значение какой физической величины определяют с помощью электросчетчика

На рис. 33.1 изображен электросчетчик. Запомним или запишем цифры, зафиксированные на датчике прибора (рис. 33.1, а), иначе говоря, снимем показание счетчика. Что означают эти цифры? Очевидно, что это числовое значение какой-то физической величины. А какой?

Одна из физических величин, которые измеряют в джоулях, — это работа. Следовательно, можно предположить, что электросчетчиком измеряют работу тока.

Включим в цепь счетчика электрообогреватель. Спустя некоторое время снова снимем

показание счетчика (рис. 33.1, б). Видим, что оно увеличилось. Электрический ток, проходя по спирали обогревателя, выполнил работу, которую зафиксировал счетчик.

Электросчетчик — это прибор для прямого измерения работы тока.

(Установленную стоимость единицы работы тока называют тарифом на электроэнергию. Например, на 1 января 2016 г. тариф на электроэнергию для определенной категории населения в Украине составлял 45,6 к. за 1 кВт · ч.)

Вычисляем работу тока

Выясним, можно ли работу тока измерить другим способом, не используя электросчетчик.

Таким образом, чтобы определить работу, которую выполняет ток в данном потребителе (на данном участке электрической цепи), достаточно измерить силу тока в потребителе, напряжение, поданное на потребитель, и время прохождения тока (рис. 33.2).

Воспользовавшись рис. 33.2, измерьте работу электрического тока в лампе за 30 с.

Обратите внимание: из формулы для расчета работы тока следует, что 1Дж = 1В · А · с, — данное соотношение пригодится вам для проверки единиц при решении задач.

Вычисляем мощность тока

Мощность электрического тока — физическая величина, характеризующая скорость выполнения током работы и равная отношению работы тока ко времени, за которое эта работа выполнена:

 

где P — мощность тока; A — работа тока за время t. Поскольку A = UIt, то

 

Из формулы для расчета мощности тока следует: 1 Вт = 1В · А.

1 Вт — это мощность тока силой 1 А на участке цепи с напряжением 1 В.

Ватт — относительно небольшая единица мощности. На практике чаще используют кратные единицы мощности: киловатт 1 кВт = IO3 Вт мегаватт (1 МВт = 106 Вт), гигаватт (

Учимся различать номинальную и фактическую мощности

Обратившись к формуле для расчета мощности тока (P = UI), увидим, что мощность тока можно определить, воспользовавшись амперметром и вольтметром (сняв показания приборов, перемножить значения напряжения и силы тока). Существуют также приборы для прямого измерения мощности электрического тока — ваттметры.

Измеряя мощность тока в потребителе, мы определяем его фактическую мощность. Мощность, указанную в паспорте электрического устройства (или на самом устройстве), называют номинальной мощностью.

В паспорте электрического устройства указывают также напряжение, на которое рассчитано устройство. Однако напряжение в сети может немного изменяться. Например, оно может увеличиться — соответственно увеличится и сила тока. Увеличение силы тока и напряжения приведет к увеличению мощности тока в потребителе. То есть значения фактической и номинальной мощностей потребителя могут отличаться.

Если цепь состоит из нескольких потребителей, то фактическая мощность тока во всей цепи равна сумме мощностей отдельных потребителей.

Завершая знакомство с мощностью электрического тока, снова обратимся к рис. 33.1. На счетчике имеются значения еще двух физических величин: 220 В; 15 А. Первая показывает, в цепь с каким напряжением следует включать данный счетчик, вторая — максимально допустимую силу тока в нем. Перемножив эти значения, получим максимально допустимую мощность потребителей, которые можно подключить через данный электросчетчик (UI = Pmax).

Учимся решать задачи

 

Задача 1. Участок электрической цепи состоит из трех одинаковых резисторов (см. рисунок).

Определите общую мощность, потребляемую резисторами, если сопротивление каждого из них 5 Ом, а напряжение на участке — 10 В.

Анализ физической проблемы. Решить задачу можно двумя способами:

1)    вычислить мощность потребляемую каждым резистором, а затем найти сумму этих мощностей;

2)    определить общую силу тока в участке цепи и, зная напряжение на участке, вычислить общую мощность.

 

Задача 2. Электровоз движется равномерно со скоростью 16 —, двига-

с

тель электровоза развивает силу тяги 300 кН. Определите КПД двигателя, если напряжение в электросети равно 3 кВ, а сила тока, потребляемого двигателем, — 2 кА.

Анализ физической проблемы. КПД показывет, какую часть работы, которую выполняет ток, протекая в обмотке электродвигателя, составляет полезная работа (механическая работа по перемещению электровоза). КПД найдем, воспользовавшись формулой для расчета механической работы и формулой для расчета работы тока.

Подводим итоги

На участке цепи электрический ток выполняет работу, значение которой равно произведению напряжения U, силы тока I и времени t прохождения тока в цепи: A = UIt.

Единица работы тока в СИ — джоуль (Дж): 1Дж = 1В · А · с. В электротехнике используют внесистемную единицу работы тока — киловаттчас (кВт · ч); 1кВт · ч = 3,6 106Дж.

Приборы для прямого измерения работы тока называются счетчиками электрической энергии.

Физическую величину, характеризующую скорость выполнения током работы, называют мощностью электрического тока и вычисляют по форму-

Мощность, на которую рассчитано электрическое устройство, называют номинальной мощностью. Обычно номинальную мощность указывают в паспорте электрического устройства. Реальную мощность тока в устройстве называют фактической мощностью.

Контрольные вопросы    —

1. По какой формуле вычисляют работу электрического тока? 2. Назовите известные вам единицы работы тока. 3. Докажите, что 1 кВт · ч = = 3,6 · 106 Дж. 4. Как измеряют работу электрического тока? 5. Дайте определение мощности электрического тока. 6. По какой формуле можно вычислить мощность тока? 7. Что называют номинальной мощностью электрического устройства? 8. Что такое фактическая мощность электрического устройства?

Упражнение № 33

1.    Используя показания электросчетчика (см. рисунок), определите израсходованную электроэнергию и вычислите ее стоимость по тарифу 45,6 к. за 1 кВт · ч.

 

2.    Докажите, что 1 В · А · с = 1 Дж.

3.    Вычислите работу, которую выполнит ток за 15 мин работы электродвигателя детской игрушки, если напряжение на двигателе равно 10 В, а сила тока в обмотке двигателя — 0,8 А.

4.    Два проводника сопротивлениями 10 и 25 Ом подключены к сети, напряжение в которой равно 100 В. Выясните, какую работу выполнит ток в каждом проводнике за 5 мин, если проводники соединить: а) параллельно; б) последовательно.

5.    Определите силу тока, потребляемого электродвигателем подъемного крана, если за 50 с кран поднимает груз массой 1 т на высоту 19 м. КПД электродвигателя — 80 %, напряжение на клеммах — 380 В.

6.    Два электронагревателя, спирали которых имеют одинаковые сопротивления, сначала включили в сеть последовательно, а затем параллельно. В каком случае нагреватели потребляли большую мощность и во сколько раз?

7.    Узнайте у родителей тариф на электроэнергию. Выясните мощность нескольких потребителей электроэнергии в вашем доме. Вычислите стоимость электроэнергии, потребляемой каждым устройством за 20 мин работы. Перенесите таблицу в тетрадь и заполните ее.

Устройство

Мощность P, Вт

Работа тока A

Стоимость

грн

Дж

кВт · ч

         

Экспериментальное задание

«Рачительный хозяин». В течение недели наблюдайте за потреблением электроэнергии в вашем доме. Для этого каждый день, в одно и то же время, записывайте показание счетчика и вычисляйте, сколько электроэнергии потребила ваша семья за сутки.

По результатам измерений и вычислений постройте график потребления электроэнергии в течение недели. Ответьте на следующие вопросы.

1)    В какой день недели затраты электроэнергии были наибольшими? Почему?

2)    Были ли включены потребители электроэнергии без необходимости?

3)    Как можно уменьшить потребление электроэнергии в вашей семье?

Физика и техника в Украине

 

8. Установите соответствие между физической ситуацией и формулой, которая ее описывает.

 

Институт термоэлектричества HAH Украины и MOH Украины (Черновцы) основан в 1990 г. Организатор и неизменный директор института — академик НАН Украины Лукьян Иванович Анатычук, специалист в области термоэлектричества и технологии материалов для преобразователей энергии.

Институт является мировым лидером в области изучения и практического применения термоэлектричества — одного из наиболее перспективных направлений современной физики.

На основе развития обобщенной теории термоэлектрического преобразования энергии в институте создан ряд новых термоэлементов. Разработки института используют не только в Украине, но и за границей. Так, институт принял участие в разработке мощных кондиционеров для подводных лодок Франции. Созданы надежные модули охлаждения для европейской космической системы микрогравитации и модули охлаждения чувствительных сенсоров для систем ориентации европейских спутников Земли. Разработаны эффективные блоки для бытовых холодильников в качестве альтернативы фреоновым компрессорным агрегатам.

Институт является базой для кафедры термоэлектричества Черновицкого национального университета имени Юрия Федьковича.

Категорія: Фізика

Автор: admin от 26-09-2016, 21:02, Переглядів: 4007