Мощность и энергия электрической цепи: Энергия и мощность электрического тока — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Энергия и мощность электрического тока

В любой замкнутой электрической цепи источник затрачивает электрическую энергию W_истна перемещение единицы положительного заряда по всей цепи: и на внутреннем и на внешнем участках.

и;

Энергия источника определяется выражением: W_ист=Eq=EIt= (U₀+U)It;

Энергия источника (полезная), которая расходуется на потребителе: W=UIt;

Энергия источника (потери), которая расходуется на внутреннем сопротивлении источника: W=U₀It;

Преобразование электрической энергии в другие виды энергий происходит с определенной скоростью. Эта скорость определяет электрическую мощность элементов электрической цепи:

;

Мощность источника определяется соотношением:

Мощность потребителя определяется соотношением:

Коэффициент полезного действияэлектрической цепиηопределяется отношением мощности потребителя к мощности источника:

Закон Джоуля — Ленца

Ток, протекая по проводнику, нагревает его (в этом случае электрическая энергия преобразуется в тепловую). Количество выделенного тепла будет определяться количеством электрической энергии, затраченной в этом проводнике.

Дж.

(кал).

Коэффициент 0,24 (электротермический эквивалент) устанавливает зависимость между электрической и тепловой энергией.

Часть3: Режимы работы электрических цепей

В электрических цепях все основные элементы делятся на активные и пассивные. Активными считаются элементы, в которых преобразование энергии сопровождается возникновением ЭДС (аккумуляторы, генераторы). Элементы, в которых ЭДС не возникает, называются пассивными.

Параметры электрических цепей:

Ток в замкнутой цепи ;

Напряжение на клеммах источника ;

Падение напряжения на сопротивлении источника ;

Полезная мощность (мощность потребителя) .

Электрические цепи могут работать в трех режимах:

режим холостого хода (цепь разомкнута) R=∞:I_хх=0,U=E, U₀=0, P=0.
режим короткого замыкания R=0:
режим нагрузки R≠0:;;;.

Условие максимальной отдачи мощности: полезная мощность максимальна, когда сопротивление потребителя R станет равным внутреннему сопротивлению источника

R₀.

КПД при максимальной отдаче мощности равно 50%, к 100% КПД приближается в режиме, близком к холостому ходу.

Нормальным (рабочим) режимом называют такой режим работы цепи, при котором ток, напряжение и мощность не превышают номинальных значений, заданных заводом-изготовителем.

Источники тока могут работать в режиме генератора и в режиме нагрузки. Источники, ЭДС которых совпадают с направлением тока в цепи, работают в режиме генератора, а источники , ЭДС которых не совпадают с направлением тока, работают в режиме потребителя.

Напряжение источника, работающего в режиме генератора: .

Напряжение источника, работающего в режиме потребителя: .

Тема 1.3

Расчет электрических цепей постоянного тока

Основной целью расчета электрической цепи является нахождение ее параметров: ток, напряжение, сопротивление, мощность, КПД. Значения параметров дают возможность оценить условия и эффективность работы электротехнического оборудования и приборов во всех участках электрической цепи.

Для расчета электрических цепей основой служат законы Ома и Кирхгофа, Джоуля-Ленца.

Законы Кирхгофа

К характерным элементам электрической цепи относятся ветвь, узел, контур.

Ветвью электрической цепи называется ее участок, на всем протяжении которого величина тока имеет одинаковое значение. Ветви, которые содержат источники питания называются активными, а которые не содержат их – пассивными.

Узлом электрической цепи называется точка соединения электрических ветвей.

Контуром электрической цепи называют замкнутое соединение, в которое могут входить несколько ветвей.

Первый закон Кирхгофа

Сумма токов входящих в узел равна сумме токов, выходящих из узла. ИЛИ Сумма токов, сходящихся в узле равна нулю.

∑I=0; — математическое выражение первого закона Кирхгофа.

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на всех участках этой цепи.

; — математическое выражение второго закона Кирхгофа.

Последовательное соединение потребителей

Последовательным соединением участков эй цепи называют соединение, при котором через все участки цепи проходит один и тот же ток.

Общее напряжение последовательно соединенных элементов равно сумме напряжений на каждом элементе согласно второму закону Кирхгофа: ;

В соответствии с законом Ома: ; Из этого соотношения следует:; Таким образом, общее сопротивление цепи с последовательно соединенными элементами равно сумме этих сопротивлений.

Параллельное сопротивление потребителей

Параллельным соединением участков электрической цепи называется соединение, при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, то есть находятся под действием одного и того же напряжения.

Общий ток такого соединения согласно первому закона Кирхгофа будет равен сумме токов в отдельных ветвях: ; В соответствии с законом Ома:; Если поделить левую и правую части наU, получим:;

Обратная величина общего эквивалентного сопротивления параллельно включенных потребителей равна сумме обратных величин этих потребителей.

Величина, обратная сопротивлению определяет проводимость потребителя g. Тогда для параллельно соединенных потребителей справедливо:;

Теплота и энергия в электрической цепи

Процесс преобразования электрической энергии в тепловую играет большую роль в практическом применении, что широко используется в разных нагревательных приборах в промышленной и бытовой сфере. 2t}{R} = UIt$

Исследования физиков Джоуля и Ленца относительно тепловыделения от действия электрического тока значительно продвинули научное понимание определенных физических процессов, а выведенные при этом основные формулы, не претерпев изменений, продолжают активно использоваться в различных научно-технических отраслях.

В сфере электротехники выделяют несколько технических задач, где количество теплоты, которая будет выделяться при протекании тока, имеет критически важное значение при расчете таких параметров, как:

теплопотери в ЛЭП;
характеристики для проводов сетей электропроводки;
тепловая мощность электронагревателей;
температура срабатывания автовыключателей;
температура плавления плавких предохранителей;
тепловыделение разных электротехнических аппаратов, а также элементов радиотехники.

Замечание 2

Тепловое действие электротока в проводах ЛЭП является нежелательным из-за весомых потерь электроэнергии на тепловое выделение.

2}{R}$

В системе СИ энергия и мощность измеряются в Джоулях (Дж) и Ваттах (Вт) соответственно. Для всех приведенных выше величин применяются кратные и дольные единицы измерения. Энергию часто выражают в киловатт-часах.

Энергия и мощность электрического тока.

Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

КАТЕГОРИИ:

Археология
Биология
Генетика
География
Информатика
История
Логика
Маркетинг

Математика
Менеджмент
Механика
Педагогика
Религия
Социология
Технологии
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 30Следующая ⇒

Проходя по цепи, электрический ток совершает работу. Способность электрического тока совершать работу называется энергией электрического тока.

Энергия расходуется электрическим током в цепи, численно равна количеству электричества, проходящему по цепи, умноженному на подведенное к цепи напряжение. Энергия обозначается буквой W.

Зная, что количество электричества Q=It, можно написать выражение для энергии.

W=Р*U = U*I*t

Таким образом, энергия электрического тока численно равна произведению напряжения на величину тока и на время, в течении которого он проходит.

За единицу электрической энергии принято Ватт- секунда (Вт*сек). Энергия, которая сообщается электрической цепи током 1А при напряжении 1В в течение 1 сек, равна одной Ватт – секунде.

1 гектоватт* час (квт-ч)=100 вт*ч=360 000 вт. Сек.

1 киловатт* час (квт-ч)=1000вт*ч

Приборы для измерения электрической энергии называется счетчиками

В электротехнике, кроме того, введено понятие о мощности электрического тока. Это необходимо для того, чтобы характеризовать способность источника электрической энергии отдавать в цепь то или иное количество энергии в единицу времени.

Поэтому МОЩНОСТЬЮ электрического тока называют энергию тока, отнесенного к единице времени.

Обозначается она латинской буквой Р:

Р= W / t

Подставляя вместо энергии W ее значение из предыдущей формулы, получим:

Р=U I t / t

Или: Р=U I

Мощность электрического тока численно равна произведению величины тока на величину напряжения. За единицу мощности принят Ватт.

Ватт – это мощность электрического тока величиной 1А при напряжении 1В.

1КВТ=1000 Вт

встречается и еще более крупная единица мощности – мега ватт.

1 МВТ= 1 000 000 Вт.

Из основной формулы для определения мощности тока P=UI легко получить ее разновидности. Так как U=I R, то P=I R*I или P= I²R;

Т.е. мощность электрического тока равна произведению квадрата величины тока на сопротивление.

Заменив в основной формуле мощности I=U / R, получим Р = U²/ R, т.е. мощность электрического тока равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление.

Для измерения мощности электрического тока применяется прибор, называемый Ваттметром.

Контрольное задание.

Для предыдущих задач определить мощность электрического тока и энергию за 10 часов.

Технологическая карта№5.

Последовательное, параллельное и смешанное соединение аккумуляторов.

Цель работы – ознакомиться с различными типами аккумуляторов; научиться составлять батареи аккумуляторов.

Оборудование и аппаратура

Амперметр постоянного тока на 10 А. ………………….. 1 шт.

Амперметр постоянного тока на 3 А ……………………. 3 шт.

Вольтметр постоянного тока на 15 В. ………………….. 2 шт.

Аккумуляторы …………………………………………… 15 шт.

Реостат проволочный на 10 А, 2,5 Ом …………………. 1 шт.

Провода соединительные площадью сечения

2,5 мм², длиной 1,5 м. …………………………………… 15 шт.

Рубильник однополюсный на 25 А. ……………………. 1 шт.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой измерения.

2. Собрать схему (см. рис. 8, а) и записать показания приборов в таблицу при включенной нагрузке.

соединение

измерено

вычислено

С нагрузочным сопротивлением

Без нагрузочного

сопротивления

U₁, В

U₂, В

U3,В

U_н,, В

I₁, А

I₂, А

I₃, А

I_н, А

Е₁, В

Е₂, В

Е₃, В

I₁, А

I₂, А

I₃, А

r₁, Ом

r₀, Ом

паралельное

последовательное

смешанное

Рис. 8 . Соединение аккумуляторов

а – параллельное, б – последовательное, в – смешанное; V₁ – вольтметр для измерения э.д.с. и напряжения на аккумуляторе. V_{н – вольтметр для измерения напряжения на сопротивлении нагрузки.}

3. Отключить нагрузочный реостат и записать значение э. д. с. батареи и силу тока каждого аккумулятора.

4. Подсчитать по формуле внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи r и каждого аккумулятора r o при параллельном соединении

;

5. Собрать схему (рис 8, б) и записать показания приборов в таблицу при включённой нагрузке.

6. Отключить нагрузочный реостат и записать значение э.д.с. батареи и каждого аккумулятора.

7. Подсчитать внутреннее сопротивление батареи и каждого аккумулятора при последовательном соединении

; .

8. Собрать схему и записать показания приборов при включённой нагрузке.

9. Отключить нагрузочный реостат и записать показания приборов.

10. Подсчитать внутреннее сопротивление всей батареи при смешанном соединении аккумуляторов.

11. Составить отчёт.

Примечание: При отсутствии аккумуляторов, можно использовать гальванические элементы. В этом случае нужно подобрать приборы, соответствующие напряжению ёмкости гальванических элементов, а вместо проволочного реостата подобрать переменный резистор.

Содержание отчёта:

1. Наименование отчёта.

2. Параметры электроизмерительных приборов и оборудования.

3. Электрические схемы включения аккумуляторов.

4. Таблица с измеренными и вычисленными величинами.

5. Формулы для расчёта э. д. с. батареи аккумуляторов при последовательном, параллельном и смешанном соединениях.

6. Формулы для расчёта внутреннего сопротивления аккумулятора.

7. Формулы для расчёта внутреннего сопротивления батареи аккумуляторов при последовательном, параллельном и смешанном соединениях.

Контрольные вопросы:

1. Что такое аккумулятор, и какие типы аккумуляторов вы знаете?

2. Чему равна э.д.с. аккумулятора?

3. Как определить ёмкость аккумулятора, и в каких единицах её измеряют?

4. На какую величину отличается напряжение на аккумуляторе от его э.д.с.

Дополнительный материал к работе.

Пояснения. Аккумулятор является химическим источником тока и для того, чтобы он отдавал ток, его необходимо предварительно зарядить. Вследствие электрохимического процесса в аккумуляторе возникает электродвижущая сила (э. д. с.). Если к аккумулятору присоединить нагрузочный реостат, в цепи возникает сила тока, равная по закону Ома для электрической цепи с э. д. с.

Где R – сопротивление реостата нагрузки, Ом; ro – внутреннее сопротивление одного аккумулятора, Ом; Е – э. д. с. Аккумулятора, В.

Рис. 8 . Соединение аккумуляторов

Напряжение на сопротивлении реостата нагрузки

U=IR

меньше э. д. с. Аккумулятора на величину Ir o , называемую внутренним падением напряжения в аккумуляторе. Таким образом, напряжение на зажимах аккумулятора

U = E — Ir₀

Ёмкость аккумулятора Q равна произведению разрядного тока на время разряда и определяется в ампер-часах.

Если в цепи нагрузки хотят получить большую силу тока (большую, чем разрядный ток одного аккумулятора), аккумуляторы соединяют параллельно (рис. 8, а), а если нужно получить большее напряжение (большее, чем напряжение одного аккумулятора), их соединяют последовательно (рис. 8, б). Когда необходимо увеличить и силу тока и напряжение, используют смешанное соединение (рис. 8, в).

При параллельном соединении аккумуляторов с одинаковыми э. д. с., э. д. с. всей батареи равна э. д. с. одного аккумулятора

Е = Е₁ = Е₂ = Е₃ = … Е_n

Внутреннее сопротивление батареи аккумуляторов, состоящей из m одинаковых аккумуляторных блоков, соединённых параллельно.

При последовательном соединении n одинаковых аккумуляторов э. д. с. батареи равна сумме э.д.с. всех аккумуляторов

Е = Е₁ + Е₂ + Е₃ + …. + Е_n = nЕ₁

а внутреннее сопротивление такой батареи из n одинаковых элементов равно сумме внутренних сопротивлений этих аккумуляторов

r = r₀₁ + r₀₂ + … +r₀_n = nr₀

При смешанном соединении одинаковых аккумуляторов э. д. с. всей

батареи

E = nE₁,

а внутреннее сопротивление батареи

Технологическая карта№6

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Читайте также:

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры

Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; просмотров: 84; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia. su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 161.97.168.212 (0.015 с.)

5.5 Электрическая энергия и мощность. Введение в электричество, магнетизм и электрические цепи

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:

Выразить электрическую мощность через напряжение и силу тока
Опишите мощность, рассеиваемую резистором в электрической цепи
Расчет энергоэффективности и экономической эффективности приборов и оборудования

В электрической цепи электрическая энергия непрерывно преобразуется в другие формы энергии. Например, когда в проводнике течет ток, электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию внутри проводника. Электрическое поле, создаваемое источником напряжения, ускоряет свободные электроны, на короткое время увеличивая их кинетическую энергию. Эта повышенная кинетическая энергия преобразуется в тепловую за счет столкновений с ионами решетчатой структуры проводника. Мощность определяется как скорость, с которой работа совершается силой, измеряемой в ваттах. Мощность также можно определить как скорость передачи энергии. В этом разделе мы обсудим временную скорость передачи энергии или мощности в электрической цепи.

Мощность в электрических цепях

Энергия у многих ассоциируется с электричеством. На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Какое выражение для электроэнергии ?

Сравним лампочку с лампочкой (рис. 5.5.1(а)). Лампочка светится ярче, чем лампочка. Хотя это не показано, лампочка также теплее, чем лампочка. Тепло и свет производятся путем преобразования электрической энергии. Кинетическая энергия, теряемая электронами при столкновениях, превращается во внутреннюю энергию проводника и излучения. Как связаны напряжение, сила тока и сопротивление с электрической мощностью?

(рис. 5.5.1)

Рисунок 5.5.1 (a) На изображении выше показаны две лампы накаливания: лампочка (слева) и лампочка (справа). Лампа обеспечивает более высокую интенсивность света, чем лампа накаливания. Электрическая энергия, подводимая к лампочкам, преобразуется в тепло и свет. (b) Эта компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) излучает ту же интенсивность света, что и лампа накаливания, но на входной мощности. (кредит a: модификация работ «Dickbauch»/Wikimedia Commons и Грега Вестфолла; кредит b: модификация работы «dbgg1979”/Flickr)

Чтобы рассчитать электрическую мощность, рассмотрите разницу напряжений, существующую на материале (рис. 5.5.2). Электрический потенциал выше электрического потенциала при , а разность потенциалов отрицательна. Как обсуждалось в разделе «Электрический потенциал», между двумя потенциалами существует электрическое поле, которое направлено от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Напомним, что электрический потенциал определяется как потенциальная энергия на заряд, а заряд теряет потенциальную энергию, перемещаясь через разность потенциалов.

(рис. 5.5.2)

Рисунок 5.5.2 При наличии разности потенциалов на проводнике присутствует электрическое поле, направленное от более высокого потенциала к более низкому потенциалу.

Если заряд положительный, на него действует сила электрического поля. Эта сила необходима для поддержания движения заряда. Эта сила не ускоряет заряд на всем расстоянии из-за взаимодействия заряда с атомами и свободными электронами в материале. Скорость и, следовательно, кинетическая энергия заряда не увеличиваются в течение всего пути через , а заряд, проходящий через площадь , имеет ту же скорость дрейфа, что и заряд, проходящий через площадь . Однако над зарядом совершается работа электрическим полем, которое изменяет потенциальную энергию. Поскольку изменение разности электрических потенциалов отрицательно, электрическое поле оказывается равным

Работа, совершаемая над зарядом, равна произведению электрической силы на длину, на которую действует сила,

Заряд движется со скоростью дрейфа, поэтому работа, совершаемая над зарядом, приводит к потере потенциальной энергии, но средняя кинетическая энергия остается постоянной. Потерянная электрическая потенциальная энергия проявляется в виде тепловой энергии в материале. В микроскопическом масштабе передача энергии происходит за счет столкновений между зарядом и молекулами материала, что приводит к повышению температуры в материале. Потеря потенциальной энергии приводит к повышению температуры материала, которая рассеивается в виде излучения. В резисторе он рассеивается в виде тепла, а в лампочке — в виде тепла и света.

Мощность, рассеиваемая материалом в виде тепла и света, равна скорости изменения работы во времени:

В случае резистора падение напряжения на резисторе рассеивается в виде тепла. Закон Ома гласит, что напряжение на резисторе равно произведению тока на сопротивление, . Таким образом, мощность, рассеиваемая резистором, равна

Если резистор подключен к батарее, мощность, рассеиваемая в виде лучистой энергии проводами и резистором, равна Мощность, подаваемая от батареи, равна произведению тока на напряжение, .

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ

Электрическая мощность, получаемая или теряемая любым устройством, имеет вид

(5.5.1)

Мощность, рассеиваемая резистором, имеет вид

(5.5.2)

Из трех разных выражений для электроэнергии можно получить разные выводы. Например, подразумевается, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше отдаваемая мощность. Кроме того, поскольку напряжение находится в квадрате, эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение на лампочке удваивается, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно , что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампочки оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно , но при более высокой температуре ее сопротивление также выше.

ПРИМЕР 5.5.1

Расчет мощности в электрических устройствах

Двигатель лебедки постоянного тока рассчитан на напряжение . Когда двигатель работает на максимальной мощности, он может поднять объект весом на расстояние , in , с постоянной скоростью. а) Какова мощность, потребляемая двигателем? б) Какая сила используется для подъема тела? Не учитывать сопротивление воздуха. (c) Предполагая, что разница в мощности, потребляемой двигателем, и мощности, используемой для подъема объекта, рассеивается в виде тепла на сопротивлении двигателя, оцените сопротивление двигателя?

Стратегия

(a) Мощность, потребляемая двигателем, может быть найдена с помощью (b) Мощность, используемая для подъема объекта с постоянной скоростью, может быть найдена с помощью , где скорость – это расстояние, деленное на время. Подъемная сила, создаваемая двигателем, равна весу объекта, поскольку ускорение постоянно. (c) Сопротивление двигателя можно найти с помощью

Решение

а. Мощность, потребляемая двигателем, равна , ток определяется как, а напряжение равно:

б. Мощность, используемая для подъема объекта, равна где сила равна весу объекта (), а модуль скорости равен ,

в. Разница в мощности равна, а сопротивление можно найти с помощью:

Значение

Сопротивление двигателя очень мало. Сопротивление двигателя обусловлено множеством обмоток медного провода. Мощность, рассеиваемая двигателем, может быть значительной, поскольку тепловая мощность, рассеиваемая двигателем, пропорциональна квадрату тока ().

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 5.9

Электродвигатели имеют достаточно высокий КПД. Двигатель может иметь КПД, а двигатель может иметь КПД . Почему важно использовать высокопроизводительные двигатели?

Предохранитель (рис. 5.5.3) — это устройство, защищающее цепь от слишком больших токов. Предохранитель — это в основном короткий кусок провода между двумя контактами. Как мы видели, при протекании тока по проводнику кинетическая энергия носителей заряда превращается в тепловую энергию в проводнике. Кусок проволоки в предохранителе находится под напряжением и имеет низкую температуру плавления. Провод рассчитан на нагрев и разрыв при номинальном токе. Предохранитель сгорел и подлежит замене, но он защищает остальную часть цепи. Предохранители действуют быстро, но есть небольшая задержка времени, пока проволока нагревается и обрывается.

(рис. 5.5.3)

Рисунок 5.5.3 Предохранитель состоит из куска провода между двумя контактами. При прохождении по проводу тока, превышающего номинальный, провод плавится, разрывая соединение. На фото «перегоревший» предохранитель, где оборвался провод, защищающий цепь (кредит: модификация работы «Шардайы»/Flickr). Автоматические выключатели

также рассчитаны на максимальный ток и размыкаются для защиты цепи, но могут быть сброшены. Автоматические выключатели реагируют гораздо быстрее. Работа автоматических выключателей не рассматривается в этой главе и будет обсуждаться в последующих главах. Еще одним методом защиты оборудования и людей является прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI), который часто используется в ванных комнатах и на кухнях. Розетки GFCI очень быстро реагируют на изменения тока. Эти выходы открываются при изменении магнитного поля, создаваемого проводниками с током, что также выходит за рамки этой главы и рассматривается в следующей главе.

Стоимость электроэнергии

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот известный факт основан на соотношении между энергией и мощностью. Вы платите за использованную энергию. Поскольку , мы видим, что

– это энергия, израсходованная устройством, использующим мощность , за интервал времени . Если мощность подается с постоянной скоростью, то энергию можно найти по формуле . Например, чем больше горят лампочки, тем больше используется; чем дольше они включены, тем больше .

Единицей измерения энергии в счетах за электроэнергию является киловатт-час, что соответствует соотношению . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если вы имеете некоторое представление об их энергопотреблении в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашего электроснабжения. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, могут быть преобразованы в джоули. Вы можете доказать себе, что.

Потребляемая электрическая энергия () может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет уменьшения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снижает затраты, но и снижает воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов сократить потребление электроэнергии в доме или на предприятии. Около 20% энергии, потребляемой домом, уходит на освещение, а для коммерческих учреждений этот показатель ближе к . Люминесцентные лампы примерно в четыре раза более эффективны, чем лампы накаливания — это справедливо как для длинных трубок, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рисунок 5.5.1(b).) Таким образом, лампочку накаливания можно заменить КЛЛ с такой же яркостью и цветом. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они соединены со стандартным ввинчивающимся основанием, которое подходит для стандартных патронов для ламп накаливания. (Первоначальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими первоначальными вложениями в КЛЛ были решены в последние годы.)

Теплоотдача от этих компактных люминесцентных ламп меньше, и они служат в несколько раз дольше, чем лампы накаливания. Значение инвестиций в такие лампочки рассматривается в следующем примере. Новые белые светодиодные лампы (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза эффективнее, чем КЛЛ) и служат в пять раз дольше, чем КЛЛ.

ПРИМЕР 5.5.2

Расчет экономической эффективности светодиодной лампы

Типичной заменой лампы накаливания является светодиодная лампа. Светодиодная лампа может обеспечить такое же количество света, как и лампа накаливания. Какова экономия затрат на использование светодиодной лампы вместо лампы накаливания в течение одного года, если предположить, что за киловатт-час взимается средняя плата за электроэнергию, взимаемая энергетической компанией? Предположим, что лампочка включена на три часа в день.