Vad bestämmer formeln för nuvarande arbete? Arbete med elektrisk ström: allmänna egenskaper, formel, praktisk betydelse

Nuvarande jobb

Det elektriska fältets arbete på rörelse gratis avgifter i en ledare kallas strömarbetet. När en laddning q rör sig längs en ledare, fungerar fältet A = qU (se § 53), där U är potentialskillnaden i ledarens ändar. Eftersom q = It, kan arbetet som utförs av strömmen skrivas som

Joule-Lenz lag

Låt oss överväga det praktiskt viktiga fallet när huvudeffekten av strömmen är den termiska effekten. I det här fallet, enligt lagen om energibevarande, är mängden värme som frigörs i ledaren lika med det arbete som utförs av strömmen: Q = A. Därför

1. Bevisa att mängden värme Q som frigörs i en ledare med ström också uttrycks med formlerna

Q = I 2 Rt, (2)
Q = (U2/R)t. (3)

Ledtråd. Använd formel (1) och Ohms lag för sektionen av kedjan.

Vi härledde formler (1) – (3) med hjälp av lagen om energibevarande, men historiskt sett etablerades förhållandet Q = I 2 Rt oberoende experimentellt av den ryske vetenskapsmannen Emilius Christianovich Lenz och den engelske vetenskapsmannen J. Joule flera år före upptäckten av lagen om energibevarande.
Joule-Lenz lag: mängden värme som frigörs under tiden t i en ledare med resistans R, vars strömstyrka är lika med I, uttrycks med formeln

Tillämpning av Joule–Lenz-lagen på serie- och parallellkopplade ledare

Låt oss ta reda på i vilka fall det är mer bekvämt att använda formel (2) för att jämföra mängden värme som frigörs i ledare, och i vilka fall det är bekvämare att använda formel (3).

Formeln Q = I 2 Rt är bekväm att använda när strömstyrkan i ledarna är densamma, det vill säga när de är seriekopplade (fig. 58.1).

Från denna formel är det tydligt att när seriell anslutning ledare frigörs mer värme i ledaren vars motstånd är större. Vart i

Qi/Q2 = R1/R2.

Formeln Q = (U 2 /R)t är bekväm att använda när spänningen vid ledarnas ändar är densamma, det vill säga när de är parallellkopplade (fig. 58.2).

Från denna formel är det tydligt att när parallellkoppling ledare frigörs en större mängd värme i en ledare vars resistans är lägre. Vart i

Qi/Q2 = R2/Ri.

2. Vid seriekoppling frigjordes 3 gånger mer värme i den första ledaren än i den andra. I vilken ledare kommer den större mängden värme att frigöras när de är parallellkopplade? Hur många gånger mer?

3. Det finns två ledare med resistans R 1 = 1 Ohm och R 2 = 2 Ohm. De är anslutna till en spänningskälla på 6 V. Hur mycket värme kommer att frigöras på 10 s om:
a) ansluta endast den första ledaren?
b) ansluta endast den andra ledaren?
c) koppla båda ledarna i serie?
d) koppla båda ledarna parallellt?
e) vad är förhållandet mellan värdena för mängden värme Q1/Q2 om ledarna är seriekopplade? Parallell?

Låt oss lägga erfarenhet
Vi kommer att ansluta två glödlampor med olika glödtrådsmotstånd till nätverket parallellt och i serie (Fig. 58.3, a, b). Vi kommer att se att när lampor kopplas parallellt lyser en lampa starkare, och när den är seriekopplad lyser den andra lampan starkare.

4. Vilken av lamporna (1 eller 2) har mer motstånd? Förklara ditt svar.

5. Förklara varför, när glödtråden är seriekopplad, är glödtråden i varje lampa mindre glödande än glödtråden i samma lampa när den är parallellkopplad.

6. Varför, när en lampa tänds i ett belysningsnätverk, blir glödtråden vitglödig, men anslutningstrådarna som är seriekopplade i den värms knappt upp?

2. Aktuell effekt

Strömeffekten P är förhållandet mellan det arbete som utförs av strömmen A och den tidsperiod t under vilken detta arbete utförs:

Enheten för effekt är watt (W). Strömeffekten är lika med W om det arbete som strömmen utför på 1 s är lika med 1 J. Ofta används härledda enheter, till exempel kilowatt (kW).

7. Bevisa att strömstyrkan kan uttryckas med formlerna

P = IE, (5)
P = I2R, (6)
P = U2/R. (7)

Ledtråd. Använd formel (4) och Ohms lag för kedjesektionen.

8. Vilken av formlerna (5) – (7) är bekvämare att använda när man jämför nuvarande effekt:
a) i seriekopplade ledare?
b) i parallellkopplade ledare?

9. Det finns ledare med resistans R 1 och R 2. Förklara varför när dessa ledare är seriekopplade

P1/P2 = R1/R2,

och med parallell

Pi/P2 = R2/R1.

10. Motståndet för det första motståndet är 100 ohm och det andra är 400 ohm. I vilket motstånd blir strömeffekten större och hur många gånger större om de är anslutna till en krets med en given spänning:
a) sekventiellt?
b) parallellt?
c) Vad blir strömeffekten i varje motstånd i parallellkoppling om spänningen i kretsen är 200 V?
d) Vad är den totala strömeffekten i två motstånd vid samma kretsspänning om de är seriekopplade? parallell?

Effekten av en elektrisk apparat är den nuvarande effekten i denna enhet. Så en elektrisk vattenkokares effekt är cirka 2 kW.

Vanligtvis indikeras kraften hos en enhet på själva enheten.

Nedan finns ungefärliga effektvärden för vissa enheter.
Ficklampa lampa: ca 1W
Energisnåla belysningslampor: 9-20 W
Glödlampor: 25-150 W
Elvärmare: 200-1000 W
Vattenkokare: upp till 2000 W

Alla elektriska apparater i lägenheten är parallellkopplade, så spänningen på dem är densamma.

11. En 2 kW vattenkokare ansluts till ett 220 V-nät.
a) Vad är motståndet för värmeelementet i driftläge (när vattenkokaren är på)?
b) Vad är strömstyrkan?

12. På basen av den första lampan står det "40 W", och på basen av den andra - "100 W". Dessa är effektvärdena för lamporna i driftläge (med en varm glödtråd).
a) Vad är resistansen för glödtråden för varje lampa i driftläge om spänningen i kretsen är 220 V?
b) Vilken av lamporna kommer att lysa starkare om dessa lampor är seriekopplade och anslutna till samma nätverk? Kommer denna lampa att lysa lika starkt som när den är parallellkopplad?

13. Elvärmaren har två värmeelement med motstånd R 1 och R 2, och R 1 > R 2. Med hjälp av en switch kan värmeelementen anslutas till nätverket individuellt, såväl som i serie eller parallellt. Nätspänningen är U.
a) Vid vilken påslagning av elementen kommer värmarens effekt att vara maximal? Vad kommer det att vara lika med?
b) Vid vilken påslagning av elementen kommer värmarens effekt att vara minimal (men inte lika med noll)? Vad kommer det att vara lika med?
c) Vad är förhållandet R 1 /R 2 om maxeffekten är 4,5 gånger större än minimum?

Ytterligare frågor och uppgifter

14. Bild 58.4 visar elschema en sektion av en krets som består av fyra identiska motstånd. Spänningen genom hela kretsen är konstant. Antag att temperaturberoendet för motståndsresistansen kan försummas.

a) Vilket motstånd har högst spänning? den minsta?
b) Vilket motstånd har störst ström? den minsta?
c) I vilket motstånd är det mest Ett stort antal värme? den minsta mängden värme?
d) Hur kommer mängden värme som genereras i vart och ett av motstånden 2, 3, 4 att förändras om motstånd 1 kortsluts (det vill säga ersättas med en ledare med mycket låg resistans)?
e) Hur kommer mängden värme som genereras i vart och ett av motstånden 2, 3, 4 att förändras om ledningen kopplas bort från motstånd 1 (det vill säga ersättas med en ledare med mycket hög resistans)?

Arbete av elektrisk ström

Fäst till kretsen som visas i figur 1 är konstant tryck U.

U = φ A – φ B

Under t mängden elektricitet som strömmar genom kretsen Q. Krafterna från det elektriska fältet som verkar längs ledaren överförde laddningen under denna tid Q från punkt A exakt B. Arbetet med elektriska fältkrafter eller, vad som är samma sak, arbete elektrisk ström kan beräknas med formeln:

A = Q × ( φ A – φ B) = Q × U,

Därför att Q = jag × t, så till sist:

A= U × jag × t,

Var A– arbeta i joule; jag– ström i ampere; t– tid i sekunder; U– spänning i volt.

Enligt Ohms lag U = jag × r. Därför kan arbetsformeln skrivas så här:

A = jag 2× r × t.

Elektrisk strömkraft

Arbetet som utförs per tidsenhet kallas effekt och betecknas med bokstaven P.

Från denna formel har vi:

A = P × t.

Kraftenhet:

1 (J/sek) kallas annars en watt (W). Genom att ersätta uttrycket för arbetet med elektrisk ström i effektformeln har vi:

P = U × jag(W).

Formeln för elektrisk strömkraft kan också uttryckas i termer av strömförbrukning och konsumentresistans:

Utöver watten används i praktiken större måttenheter för elektrisk effekt. Elektrisk effekt mäts i:

100 W = 1 hektowatt (gW);
1000 W = 1 kilowatt (kW);
1 000 000 W = 1 megawatt (MW).

Elektrisk effekt mäts av en speciell enhet - en wattmeter. Wattmätaren har två lindningar (spolar): serie och parallell. Seriespolen är en strömspole och är kopplad i serie med belastningen i den del av kretsen där mätningar görs, och parallellspolen är en spänningsspole, och följaktligen är den parallellkopplad med denna belastning. Funktionsprincipen för wattmätaren är baserad på interaktionen mellan två magnetiska flöden skapad av nuvarande, flyter genom lindningen av den rörliga spolen (strömspolen), och strömmen som passerar genom den fasta spolen (spänningsspolen). När den uppmätta strömmen passerar genom lindningarna av de rörliga och stationära spolarna, bildas två magnetfält, under vars växelverkan den rörliga spolen tenderar att positionera sig så att dess riktning magnetiskt fält sammanföll med riktningen för magnetfältet för den stationära spolen. Vridmomentet motverkas av vridmomentet som skapas av spiralfjädrarna, genom vilka den uppmätta strömmen leds in i den rörliga spolen. Fjädrarnas motverkande moment är direkt proportionell mot spolens rotationsvinkel. En pil monterad på en rörlig spole indikerar värdet på den uppmätta kvantiteten. Wattmätarens anslutningsdiagram visas i figur 2.

Om du bestämmer dig för att mäta strömförbrukningen för någon belastning du har, och du inte har en wattmätare, kan du "göra" en wattmätare med dina egna händer. Från formeln P = jag × U Det kan ses att den effekt som förbrukas i nätet kan bestämmas genom att multiplicera strömmen med spänningen. Därför, för att bestämma den effekt som förbrukas från nätverket, bör två instrument användas, en voltmeter och en amperemeter. Efter att ha mätt strömförbrukningen med en amperemeter och spänningen i försörjningsnätet med en voltmeter, är det nödvändigt att multiplicera amperemeteravläsningen med voltmeteravläsningen.

Så till exempel kraften som förbrukas av motståndet r, med en amperemeteravläsning på 3 A och en voltmeter på 220 V, blir det:

P = jag × U= 3 × 220 = 660 W.

För praktiska mått elektriskt arbete(energi) joule är en för liten enhet.

Om tid t ersätt inte på sekunder, utan i timmar, får vi större enheter elektrisk energi:

1 J = 1 W x sek;
1 W × h = 3600 watt × sekunder = 3600 J;
100 W × h = 1 hektowatt × timme (gW × h);
1000 W × h = 1 kilowatt × timme (kW × h).

Elektrisk energi mäts med elenergimätare.

Video 1. Drift och effekt av elektrisk ström

Video 2. Lite mer om makt

Exempel 1. Bestäm den effekt som förbrukas av elmotorn om strömmen i kretsen är 8 A och motorn är ansluten till ett 220 V-nätverk.

P = jag × U= 8 × 220 = 1760 W = 17,6 GW = 1,76 kW.

Exempel 2. Vilken effekt förbrukar en elspis om kaminen drar en ström på 5 A från nätet och resistansen i kaminens spole är 24 ohm?

P = jag 2× r= 25 × 24 = 600 W = 6 gW = 0,6 kW.

När man omvandlar mekanisk kraft till elektrisk kraft och vice versa, måste man komma ihåg det
1 hästkrafter (hk) = 736 W;
1 kilowatt (kW) = 1,36 l. Med.

Exempel 3. Bestäm energin som förbrukas av en 600 W elektrisk spis under 5 timmar.

A = P × t= 600 × 5 = 3000 W × h = 30 gW × h = 3 kW × h

Exempel 4. Bestäm kostnaden för att bränna tolv elektriska lampor inom en månad (30 dagar), om fyra av dem, 60 W vardera, brinner i 6 timmar om dagen, och de återstående åtta lamporna, 25 W vardera, brinner i 4 timmar om dagen. Energipris (tariff) 2,5 rubel per 1 kW × h.

Effekt av fyra lampor 60 W vardera.

P= 60 × 4 = 240 W.

t= 6 × 30 = 180 timmar.

A = P × t= 240 × 180 = 43200 W × h = 43,2 kW × h.

Effekten på de återstående åtta lamporna är 25 W vardera.

P= 25 × 8 = 200 W.

Antal timmars brinnande av dessa lampor per månad:

t= 4 × 30 = 120 timmar.

Energi som förbrukas av dessa lampor:

A = P × t= 200 × 120 = 24000 W × h = 24 kW × h.

Total mängd energi som förbrukas:

43,2 + 24 = 67,2 kW × h

Kostnad för all förbrukad energi:

67,2 × 2,5 = 168 rubel.

Varje kropp är kapabel att producera arbete, detta kallas kroppsenergi. Det enklaste exemplet är en kropp som höjs till en viss höjd. Den har potentiell energi, om kroppen frigörs, kommer den att börja frigöra energi och omvandla den till kinetisk energi, vid vilken tidpunkt kroppen kommer att utföra arbete.

Följaktligen, ju högre höjd kroppen är, desto större blir dess energi. Energi försvinner aldrig spårlöst, den omvandlas bara till en annan form - detta är en av fysikens huvudlagar.

Detsamma gäller med elektrisk energi, kan den omvandlas till en annan typ av energi - termisk, kinetisk, mekanisk, kemisk, etc.

Därför har el blivit så flitigt använt. Denna typ av energi, till skillnad från alla andra, kan överföras till stora avstånd och lagra det praktiskt taget utan förlust, och det kan fås helt enkelt.

Arbete av elektrisk ström

När nuvarande flyter genom ett visst område elektrisk krets, det elektriska fältet gör en viss mängd arbete. Detta kallas arbetet med elektrisk ström. För att överföra en laddning av energi längs denna krets måste du förbruka en viss mängd energi. Det kommuniceras till mottagaren och en del av energin går åt till att övervinna motståndet hos ledningar och källor i den elektriska kretsen.

Detta tyder på att inte all energi som förbrukas distribueras effektivt och inte all är användbar. Följaktligen är det utförda arbetet inte heller helt effektivt. I I detta fall formeln kommer att se ut så här: A = UQ.

Uär spänningen vid mottagarterminalerna, och Q- Detta är laddningen som överförs längs en del av kretsen. I det här fallet måste du ta hänsyn till Ohms lag för en kretssektion , då kommer formeln att se ut så här: R I2 AT = U I AT = ΔA.

Med hjälp av denna formel kan du spåra effekten av lagen om energibevarande, som gäller för en homogen del av kedjan.

År 1850 upptäckte den engelske fysikern Joule Prescott, som gjorde ett betydande bidrag till studiet av elektricitet, en ny lag. Dess väsen var att bestämma de sätt på vilka arbetet med elektrisk ström omvandlas till termisk energi. Samtidigt kunde en annan fysiker, Lenz, göra en liknande upptäckt och bevisa lagen, så den kallades "Joule-Lenz-lagen", för att hedra båda framstående fysiker på den tiden.

Elektrisk strömkraft

Effekt är en annan egenskap som används för att bestämma driften av elektrisk ström. Detta är en viss fysisk storhet som kännetecknar omvandlingen och hastigheten av energiöverföring.

När man bestämmer kraften hos en elektrisk ström är det nödvändigt att ta hänsyn till en sådan indikator som momentan effekt. Det representerar förhållandet mellan momentana värden för sådana indikatorer som ström och spänning i form av en produkt. Detta förhållande gäller för en specifik del av kretsen.

Indikatorer som arbete och effekt av elektrisk ström beaktas när du skapar några elektriska kretsar. Tillsammans med andra lagar är de grundläggande att underlåtenhet att följa dem kommer att leda till allvarliga kränkningar.

För att få den största elektriska kraften måste du ta hänsyn till generatorns egenskaper, det vill säga motståndet i den externa kretsen bör inte vara mer eller mindre internt motstånd generator

Endast i detta fall kommer driftseffektiviteten att vara maximal, för annars kommer all energi från generatorn att spenderas på att övervinna motstånd, och allt arbete kommer att vara oekonomiskt. Naturligtvis kan ett sådant driftschema negativt påverka effektiviteten hos hela den elektriska kretsen.

Elmätare installeras i varje lägenhet eller privat hus, enligt vars avläsningar ägarna betalar räkningar på månadsbasis. Sådana styranordningar tar hänsyn till antalet kilowattimmar som förbrukas av alla elektriska apparater och ljuskällor under en viss tidsperiod. Många undrar vad dessa "kilowatt timmar" är. Svaret är enkelt: så här mäts strömmens arbete.

Jpg?x15027" alt=" Yttre vy av lägenhetsmätaren, som håller reda på arbetet som utförs av den elektriska strömmen" width="600" height="338" srcset="" data-srcset="https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-zaglavnaja-9-600x338..jpg 700w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">!}

Utseende på en lägenhetsmätare, som håller reda på det arbete som utförs av den elektriska strömmen

Nuvarande jobb

Varje person använder el specifika mål. Elektrisk ström utför ett visst arbete, passerar genom en elektrisk krets, som ett resultat av vilket elektriska apparater, belysningsutrustning etc. fungerar.

En elektrisk ströms arbete är en kvantitet numeriskt lika med produkten av styrkan hos den elektriska strömmen och spänningen vid ändarna av kretssektionen och den tidsperiod under vilken sådant arbete utfördes. Om någon av dessa derivator ändras i en eller annan riktning, kommer arbetet som utförs av strömmen att minska eller öka.

Denna nuvarande egenskap betecknas med den latinska stora bokstaven "A" och mäts i joule eller kilowattimmar, förkortade "J" respektive "kWh".

På en lapp. Strömmens arbete visar hur mycket el som har omvandlats till andra typer av energi (termisk eller ljus) under en viss period. För elektricitet är lagen om energibevarande giltig.

Formeln med vilken det arbete som utförs av elektrisk ström mäts är följande:

A = U*I*t, där:

• A är en kvantitativ indikator på det arbete som utförs av strömmen;
• U – elektrisk spänning i kretsen;
• I – elektrisk strömstyrka;

och med endast data om styrkan hos den elektriska strömmen och motståndet i den elektriska kretsen, beräknas detta värde med formeln:

I denna formel är följande kvantiteter bokstäver:

• A – arbete av elektrisk ström;
• U – spänning i kretsen;
• R – motstånd på kretssektionen;
• I – strömstyrka;
• t är den tid under vilken den elektriska strömmen fungerade.

Intressant att veta. Mätare tar vanligtvis hänsyn till arbetet med elektrisk ström i kWh. Denna enhet används i praktiken oftare än den allmänt accepterade enheten för elektriskt arbete, joule, uppkallad efter den berömda fysikern. Faktum är att Joule är en ganska liten enhet och 1 kWh = 3 600 000 J.

För att mäta strömarbetet behövs enheter som en voltmeter, amperemeter och klocka. I praktiken utförs mätningar med hjälp av en prefabricerad enhet - en elmätare.

Jpg?x15027" alt=" En elektrisk krets till vilken en voltmeter och en amperemeter är anslutna för att mäta den elektriska strömmens arbete" width="600" height="338" srcset="" data-srcset="https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-izmerenie-raboty-600x338..jpg 700w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">!}

En elektrisk krets där en voltmeter och en amperemeter är anslutna för att mäta en elektrisk ströms arbete

Aktuell effekt

Viktigt är också begreppet elektrisk strömkraft, som är direkt beroende av det utförda arbetet.

Den elektriska strömmens effekt är numeriskt lika med förhållandet mellan det utförda arbetet och den tid under vilken detta arbete utfördes. Elektrisk kraft liknar definitionsmässigt mekanisk kraft, men betecknas med bokstaven P.

Från definitionen av makt följer formeln:

P = A/t, där:

• P – elektrisk strömkraft;
• A – arbete utfört av ström;
• t är den tid under vilken den elektriska strömmen fungerade.

Om du ersätter täljaren i denna formel med U*I*t får du följande likhet:

Måttenheten för elektrisk effekt är Watt (W). 1 W är lika med en ström på 1 A med en spänning på 1 V. Watt– en ganska liten enhet, så i praktiken används ytterligare sådana:

• kW (kilowatt);
• MW (megawatt);
• GW (gigawatt).

Kraften hos den elektriska strömmen bestäms experimentellt med hjälp av en amperemeter och en voltmeter eller en speciell enhet - en wattmeter.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-vattmetr.jpg 700w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Var och en av oss har en mätare hemma, enligt vilken vi betalar för el månadsvis. Vi betalar för ett visst antal kilowattimmar. Vad är dessa kilowattimmar? Vad exakt betalar vi för? Låt oss ta reda på det :)

Vi använder el för specifika ändamål. Elektrisk ström gör en del arbete, och som ett resultat fungerar våra elektriska apparater. Vad är arbetet med elektrisk ström? Det är känt att arbetet som utförs av strömmen för att flytta en elektrisk laddning på en viss del av kretsen är numeriskt lika med spänningen på denna del. Om avgiften skiljer sig, till exempel i stora sidan, då kommer mer arbete att göras.

Aktuellt arbete på en sektion av en krets: formel

Så vi kommer till slutsatsen att arbetet som utförs av strömmen är lika med produkten av spänningen i en del av den elektriska kretsen och mängden laddning. Laddningen kan som bekant hittas genom att multiplicera strömstyrkan och tiden som strömmen går. Så vi får formeln för att bestämma strömmens arbete:

A=Uq , q=It , vi får A=UIt ;

där A är arbete, U är spänning, I är ström, q är laddning, t är tid.

Det aktuella arbetet mäts i joule (1 J). 1 J = 1 V * 1 A * 1 s. Det vill säga för att mäta det arbete som strömmen gör behöver vi tre instrument: amperemeter, voltmeter och klocka. Elmätare som installeras i lägenheter verkar kombinera alla ovan nämnda enheter i en. De mäter det arbete som utförs med ström. Strömmens arbete i vår lägenhet är den energi som den förbrukade på alla enheter som är anslutna till lägenhetens nätverk. Det här är vad vi betalar för. Vi betalar dock inte med joule, utan med kilowattimmar. Var kommer dessa enheter ifrån?

Elektrisk strömkraft

För att förstå denna fråga måste vi överväga ytterligare ett koncept - kraften hos den elektriska strömmen. Strömeffekt är det arbete som utförs av ström per tidsenhet. Det vill säga makt kan hittas genom att dela arbetet med tid. Och arbete, som vi redan vet, är produkten av ström, spänning och tid. Således kommer tiden att minska och vi kommer att få produkten av ström och spänning. För nuvarande effekt kommer formeln att vara följande:

P=A/t , A=UIt , vi får P=UIt/t , det vill säga P=UI ;

där P är strömstyrkan. Effekten mäts i watt (1 W). Flera kvantiteter används - kilowatt, megawatt.

Den elektriska strömmens arbete och kraft är nära besläktade. I själva verket är arbete den nuvarande kraften vid varje tidpunkt, taget över en viss tidsperiod. Det är därför mätare i lägenheter mäter strömarbete inte i joule, utan i kilowatt-timmar. Det är bara det att 1 watt effekt är väldigt lite kraft, och om vi betalade för watt per sekund skulle vi betala för tiotals och hundratusentals sådana enheter. För att förenkla beräkningar antogs enheten "kilowatt-timme".