Site Loader

Содержание

Урок по теме «Работа и мощность электрического тока»

Цель урока: Выяснить характер зависимости между энергией, выделяемой на участке цепи, электрическим током и сопротивлением этого участка цепи.

Демонстрации:

  1. Механическая работа электрического тока;
  2. Измерение мощности в электрической цепи с помощью амперметра и вольтметра.

Ход урока

I. Анализ итогов контрольной работы

Перед началом изучения новой темы анализирую результаты контрольной работы по темам «Строение атома» и «Сила тока, напряжение, сопротивление», останавливаюсь на наиболее характерных ошибках, разбираю решение некоторых задач у доски.

П. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

  1. Работа электрического тока как характеристика процесса превращения электрической энергии;
  2. Расчет работы электрического тока;
  3. Мощность электрического тока;
  4. Измерение работы и мощности электрического тока.

1. Изучение нового материала начинаю с повторения понятий энергии и механической работы, с которыми учащиеся знакомились при изучении механики в 7 классе.

Задаю вопрос:

Что понимают под механической энергией и работой?

В качестве примера можно рассмотреть падение тела в поле тяготения Земли, приведя следующие рассуждения: если тело массой т падает с высоты h1до высоты h2, то при этом сила тяжести совершает работу А = mg(h1 — h2). Эта работа равна изменению потенциальной энергии тела:

А = Еп1Еп2. Но общая механическая энергия тела не изменилась, она стала равной сумме потенциальной и кинетической энергии тела на высоте h2.

Отсюда вывод: работа характеризует изменение энергии или превращение одного вида энергии в другой. В данном случае происходит превращение одного вида механической энергии (потенциальной) в механическую энергию другого вида (кинетическую).

Далее сообщаю, что работа электрического тока также характеризует процесс превращения энергии одного вида (энергии электрического поля) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механическую и другие виды энергии).

При введении понятия работы электрического тока проделываю опыты, непосредственно демонстрирующие механическую работу электрического тока (подъем груза электродвигателем). Для демонстрации собираю установку из электродвигателя, последовательно с которым включаю реостат и демонстрационный амперметр.

Учащиеся на опыте видят, что электрический ток совершает работу, следовательно, электрическая энергия превращается в механическую.

Какие еще явления показывают, что электрический ток может совершать работу?

2. Чтобы установить, от чего зависит работа электрического тока, можно воспользоваться установкой с лампой накаливания. Изменяя сопротивление реостата, демонстрирую различное свечение лампы. Одновременно замеряю значение силы тока и напряжение в этих случаях.

Очевидно, чем ярче светится лампа, тем больше выделяется в ней энергии и, следовательно, тем большую работу совершает электрический ток. Следовательно, именно этому случаю соответствуют и большие значения силы тока и напряжения. Опыт дает возможность качественно установить, что:

Работа электрического тока A пропорциональна силе тока I

, напряжению U и времени прохождения тока t:

А=IUt (Приложения 1, 2)

Формулу работы можно получить и из известного учащимся выражения

U=A/q  Отсюда: А = Uq= lUt

За единицу работы электрического тока принят джоуль. Джоуль равен работе, выполняемой электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В за 1 с:

1 Дж = 1 В × 1 А × 1 с

3.

Мощность электрического тока. С понятием мощности учащиеся уже встречались при изучении механики. Поэтому вначале повторяем определение мощности и единицы ее измерения.

Что понимают под механической мощностью? (Ответы учеников.)
Чтобы найти среднюю мощность электрического тока, надо его работу разделить на время:

(Приложение 3)

За единицу мощности принят ватт (Вт):

1 Вm = 1 В × 1 А

4. Для измерения работы электрического тока нужен прибор, учитывающий напряжение, силу тока и время прохождения тока. Таким прибором является

электрический счетчик. Электрические счетчики устанавливаются везде, где используется электрическая энергия.

Для измерения мощности электрического тока используются ваттметры, учитывающие напряжение и силу тока. Измерить мощность можно и с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, умножают напряжение на силу тока, найденные по показаниям приборов.

III. Решение задач

Если в конце урока остается время, решаем с учащимися задачи (Приложение 4).

IV. Домашнее задание
  1. §50, 51, 52 учебника; вопросы к параграфу;
  2. Сборник задач В.И. Лукашика, Е.В. Ивановой: № 1396, 1398, 1405, 1407.

Электронные ресурсы взяты в сети Интернет:

  1. Работа тока – Приложение 1.
  2. Работа электрического тока – Приложение 2.
  3. Мощность электрического тока – Приложение 3.
  4. Подборка задач_Работа и мощность электрического тока – Приложение 4.

Работа и мощность электрического тока

Работа и мощность
электрического тока.
Повторение:
1.Что называют электрическим током?
2. Каковы условия существования тока?
3.
Что такое сила тока?
4. Что такое напряжение?
5. Перечислите действия
электрического тока?
6. Какие величины связывает
закон Ома?
Примеры приборов, в которых
совершается работа
электрического тока
Работа электрического тока
При прохождении электрического тока по
проводнику, электрическое поле заставляет
заряженные частицы двигаться упорядоченно,
следовательно оно совершает работу.
Работа электрического тока показывает какую
работу совершает электрическое поле.
Работа электрического тока
A
U
q
A U q
q I t
A U I t
Единица измерения работы в СИ: Джоуль
1 Дж 1В 1А 1с
Работа электрического тока
A U I t
I
U
R
U I R
А I R t
U
A 2 t
R
2
Для измерения
работы тока нужны
три прибора:
амперметр,
вольтметр и часы.
На практике работу
электрического
тока измеряют
счетчиками.
Счетчики — приборы для измерения
работы электрического тока
Мощность электрического тока
A.
P
t
A U I t
U
•I•t
Р=
t
Р = U•I
Единица измерения мощности в СИ: Ватт
1 Вт = 1 В•1 А
1 кВт = 1000 Вт
Приборы для измерения мощности:
ваттметр
Вольтметр
Амперметр
Единицы работы,
применяемые на практике.
А Р t
1 Дж = 1 Вт∙с
1 Вт•ч = 3600Дж
1 кВт•ч = 1000 Вт•ч = 3 600 000 Дж
Мощность электрического тока
Р U I
A
Р
t
Р I R
2
2
U
Р
R
Работа и мощность
электрического тока.
A U I t

14. Мощности некоторых электрических приборов, кВт

Лампа карманного фонаря
0,001
Видеомагнитофон
0,02
Холодильник
0,2
Телевизор
0,3
Фен для волос
0,4
Стиральная машина
0,5
Электрический утюг
0,6
Пылесос
0,65
Лампы в звездах башен Кремля
5
ПРОВОДНИК С ТОКОМ
НАГРЕВАЕТСЯ
ВЫДЕЛЯЕТ КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ – Q
ЗАКОН ДЖОУЛЯ — ЛЕНЦА
1841г
1842г
Джоуль
Джеймс Прескотт
Ленц Эмилий
Христианович
Действия электрического тока
1. тепловое (плитка, утюг).
2. химическое (получение химически чистых металлов).
3. магнитное (электромагнит).
4. физиологическое (сокращение мышц).
ЗАКОН ДЖОУЛЯ — ЛЕНЦА
Количество теплоты, выделяемое
проводником с током равно
произведению квадрата силы тока,
сопротивления проводника и
времени.
Q I R t
2
Q U I t
2
U
Q
t
R
Последовательное
соединение
Параллельное
соединение
U1 = U2
1. Какую работу совершает электрический
ток в электродвигателе за 30 мин, если сила
тока в цепи 0,5А, а напряжение на клеммах
двигателя 12В?
2.Каким сопротивлением обладает лампа
мощностью
40Вт,
работающая
под
напряжением 220В?

Работа и мощность электрического тока

Рассмотрим такие понятия, работа и мощность электрического тока. Под действием химических сил в первичных элементах и аккумуляторах или, как говорят, в результате действия ЭДС (Е) в источнике питания, замкнутом на внешнюю цепь, непрерывно происходит разделение электрических зарядов. Работа (обозначение А) перемещения электрического заряда q, совершаемая за время t в источнике питания согласно схемы:

химическими (или другими неэлектрическими) силами, согласно формуле F = Fl = Eql, будет:

А = Eq.

Имея в виду, что

q=It,

выразим работу или электрическую энергию (W), полученную за счет преобразования, например, химической энергии:

А = W = EIt.

По закону сохранения энергии полученная электрическая энергия за это же время «расходуется» (т.е. преобразуется в другие виды энергии) в участках электрической цепи.

Работа по перемещению заряда во внешнем участке цепи, т.е. в приемнике (обозначение А) будет равна электрической энергии W1, преобразуемой в приемнике в другие виды энергии, и согласно формулы U = A/q

A=Uq=W1

или

W1=UIt

где U = UAB — напряжение на внешнем участке цепи АБ, рав­ное напряжению на зажимах источника питания (когда из текста или схемы ясно, какое напряжение на внешнем участке имеется в виду, то индексов (АБ) можно не ставить). Другая часть энер­гии Wo «теряется» (преобразуется в тепло) внутри источника. По закону сохранения энергии

W0 = W — W = (E — U) It

или

W0=U0It,

где Uо представляет собой разность между ЭДС и напряжением на зажимах генератора и называется внутренним падением напряжения. Таким образом,

U0 = E — U,

откуда

E = U + U0,

т.е. ЭДС генератора равна сумме напряжения на зажимах ге­нератора и внутреннего падения напряжения.

Величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа, называется мощностью (обозначение Р). Таким об­разом, мощность есть отношение произведенной работы ко вре­мени, в течение которого она совершалась, т. е.

Р = A/t.

Величина, характеризующая скорость, с которой химическая или другая энергия преобразуется в источнике питания в элек­трическую, называется мощностью генератора

P = EIt/t = EI.

Величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в потребителе в другие виды энергии, называется мощностью потребителя

Р = UIt/t = UI.

Мощность, характеризующая непроизводительный расход электрической энергии, например внутри генератора, называется мощностью потерь

Р = UI.

Pг = P + P0

По закону сохранения энергии мощность генератора равна сумме мощностей потребителя и мощности потерь в генераторе, т.е.
P = P + P0
Если в электрической цепи несколько генераторов и потреби­телей, то

Рг = ЕР + ЕР0.

Самостоятельная работа 9 «работа и мощность электрического тока»

Вариант I

1. Работа электрического тока на участке цепи равна произведению…

А. Напряжения на концах этого участка на время про­хождения тока.

Б. Сопротивления этого участка на напря­жение на его концах и на время.

В. Сопротивления этого участка на силу тока и на время.

Г. Силы тока на напряже­ние на концах этого участка.

Д. Напряжения на концах этого участка на силу тока и на время.

2. Какое превращение энергии происходит при работе электрического тока, когда «горит» рекламная неоно­вая лампа? Электрическая энергия превращается…

А. В химическую. Б. В механическую.

В. В световую. Г. Во внутреннюю.

3. В квартире горят три лампы, на которых написа­но: 1) 75 Вт; 2) 25 Вт; 3) 100 Вт. Через какую лам­пу протекает большая сила тока?

А. Сила тока везде одинакова. Б. 1. В. 2. Г. 3.

4. По условию предыдущей задачи определите, в ка­кой из ламп за одно и то же время электрический ток совершает меньшую работу.

А. Работа везде одинакова. Б. 1. В. 2. Г. 3.

5. На рисунках изображены схемы включения трех одинаковых ламп. В каком случае общая мощ­ность электрической цепи больше?

1 2

А. 1. Б. 2. В. В обоих случаях мощность одинакова.

Вариант 2

1. Мощность электрического тока характеризуется…

А. Напряжением и сопротивлением.

Б. Напряжением, си­лой тока и временем его протекания.

В. Силой тока и напряжением.

Г. Сопротивлением, силой тока и вре­менем его протекания.

2. Какое превращение энергии происходит при рабо­те электрической кофемолки? Электрическая энер­гия превращается…

А. В химическую. Б. В механическую.

В. В световую. Г. Во внутреннюю.

3. В квартире горят три лампы, на которых написа­но: 1) 60 Вт; 2) 25 Вт; 3) 40 Вт. Через какую лампу протекает меньшая сила тока?

А. Сила тока везде одинакова. Б. 1. В. 2. Г. 3.

4. По условию предыдущей задачи определите, в ка­кой из ламп за одно и то же время электрический ток совершает большую работу.

А. Работа везде одинакова. Б. 1. В. 2. Г. 3.

5. На рисунках изображены схемы включения трех одинаковых ламп. В каком случае общая мощ­ность электрической цепи больше?

1 2

А. 1. Б. 2. В. В обоих случаях мощность одинакова.

Работа и мощность тока ❤️

Какую работу совершает электрический ток, проходя по тому или иному участку цепи? Чтобы определить это, вспомним, что такое напряжение. Согласно формуле (11.1) U = A/q. Отсюда следует, что

A = qU, (18.1)

Где A — работа тока; q — электрический заряд, прошедший за данное время через рассматриваемый участок цепи. Подставляя в последнее равенство выражение q = It, получаем

A = IUt. (18.2)

Итак, чтобы найти работу тока на участке цепи, надо напряжение на концах этого участка U умножить на силу тока I и на время t, в течение которого совершалась работа.

Действие тока характеризуют не только работой A, но и мощностью P. Мощность тока показывает, какую работу совершает ток за единицу времени. Если за время t была совершена работа A, то мощность тока P = A/t. Подставляя в это равенство выражение (18.2), получаем

P = IU. (18.3)

Итак, чтобы найти мощность электрического тока P, надо силу тока I умножить на напряжение U.

В Международной системе единиц (СИ) работу выражают в джоулях (Дж), мощность — в ваттах (Вт), а время — в секундах (с). При этом

1 Вт = 1 Дж/с, 1 Дж = 1 Вт — с.

Мощности некоторых электроустройств, выраженные в киловаттах (1 кВт = 1000 Вт), приведены в таблице 5.

Рассчитаем наибольшую допустимую мощность потребителей электроэнергии, которые могут одновременно работать в квартире. Так как в жилых зданиях сила тока в проводке не должна превышать I = 10 А, то при напряжении U = 220 В соответствующая электрическая мощность оказывается равной:

P = 10 A — 220 В = 2200 Вт = 2,2 кВт.

Одновременное включение в сеть приборов с большей суммарной мощностью приведет к увеличению силы тока и потому недопустимо.

В быту работу тока (или израсходованную на совершение этой работы электроэнергию) измеряют с помощью специального прибора, называемого Электрическим счетчиком (счетчиком электроэнергии). При прохождении тока через этот счетчик внутри его начинает вращаться легкий алюминиевый диск. Скорость его вращения оказывается пропорциональной силе тока и напряжению. Поэтому по числу оборотов, сделанных им за данное время, можно судить о работе, совершенной током за это время.

Работа тока при этом выражается обычно в киловатт-часах (кВт-ч).

1 кВт-ч — это работа, совершаемая электрическим током мощностью 1 кВт в течение 1 ч. Так как 1 кВт = 1000 Вт, а 1 ч = 3600 с, то

1 кВт-ч = 1000 Вт — 3600 с = 3 600 000 Дж.

??? 1. Как находится работа электрического тока? 2. По какой формуле находится мощность тока? 3. С помощью какого прибора измеряют работу тока? Какая единица работы при этом используется?

4. Сложите мощности всех имеющихся у вас дома электрических устройств. Допустимо ли их одновременное включение в сеть? Почему?

Экспериментальное задание. Рассмотрите у себя дома счетчик электроэнергии. Выясните, как снимаются с него показания. Измерьте с его помощью электроэнергию, израсходованную задень. В течение следующего дня старайтесь экономить энергию — не оставляйте включенным свет, если это не нужно; выключайте электроприборы, которыми в данный момент не пользуетесь; не смотрите все подряд по телевизору.

После этого определите с помощью счетчика, сколько электроэнергии вам удалось сэкономить. Вычислите стоимость этой энергии. Сколько денег вам удастся сберечь при подобной экономии энергии за месяц?

9.5 Электрическая энергия и мощность – University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Выражать 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. В книге «Работа и кинетическая энергия» мы определили мощность 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 электрической мощности?

Сравним лампочку мощностью 25 Вт с лампочкой мощностью 60 Вт (рис. 9.23(а)). Лампа мощностью 60 Вт светит ярче, чем лампа мощностью 25 Вт. Хотя это не показано, лампочка мощностью 60 Вт также теплее, чем лампа мощностью 25 Вт. Тепло и свет производятся в результате 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?

Фигура 9.23 (a) На изображении выше показаны две лампы накаливания: 25-ваттная (слева) и 60-ваттная (справа).Лампа мощностью 60 Вт обеспечивает более высокую интенсивность света, чем лампа мощностью 25 Вт. Электрическая энергия, подводимая к лампочкам, преобразуется в тепло и свет. (b) Эта компактная люминесцентная лампа (CFL) излучает ту же интенсивность света, что и лампочка мощностью 60 Вт, но с мощностью от 1/4 до 1/10 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. 9.24). Электрический потенциал V1V1 выше, чем электрический потенциал V2V2, а разность потенциалов отрицательна V=V2-V1V=V2-V1. 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, приходящаяся на один заряд, V=U/qV=U/q, и заряд QQ теряет потенциальную энергию, перемещаясь через разность потенциалов.

Фигура 9.24 Когда на проводнике есть разность потенциалов, присутствует электрическое поле, направленное от более высокого потенциала к более низкому потенциалу.

Если заряд положительный, на него действует сила электрического поля F→=ma→=QE→F→=ma→=QE→. Эта сила необходима для поддержания движения заряда. Эта сила не ускоряет заряд на всем расстоянии ΔLΔL из-за взаимодействия заряда с атомами и свободными электронами в материале. Скорость и, следовательно, кинетическая энергия заряда не увеличиваются в течение всего пути через ΔLΔL, и заряд, проходящий через площадь A2A2, имеет ту же скорость дрейфа vdvd, что и заряд, прошедший через площадь A1A1.Однако над зарядом совершается работа электрическим полем, которое изменяет потенциальную энергию. Поскольку изменение разности электрических потенциалов является отрицательным, электрическое поле оказывается равным

E=-(V2-V1)ΔL=ΔVΔL. E=-(V2-V1)ΔL=ΔVΔL.

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

W=FΔL=(QE)ΔL=Q(–ΔVΔL)ΔL= –QΔV=–ΔU.W=FΔL=(QE)ΔL=Q(–ΔVΔL)ΔL= –QΔV=–ΔU.

Заряд движется со скоростью дрейфа vdvd, 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 материала. 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:

P=ΔUΔt=QΔVΔt=IV.P=ΔUΔt=QΔVΔt=IV.

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

P=IV=I(IR)=I2RorP=IV=(VR)V=V2R.P=IV=I(IR)=I2RorP=IV=(VR)V=V2R.

Если резистор подключен к батарее, мощность, рассеиваемая в виде лучистой энергии проводами и резистором, равна P=IV=I2R=V2RP=IV=I2R=V2R. Мощность, подаваемая от батареи, равна произведению тока на напряжение, P=IVP=IV.

Электроэнергия

Электроэнергия, полученная или потерянная любым устройством, имеет вид

Мощность, рассеиваемая резистором, имеет вид

P=I2R=V2R.P=I2R=V2R.

9.13

Из трех разных выражений для электроэнергии можно получить разные выводы. Например, P=V2/RP=V2/R подразумевает, что чем меньше сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше отдаваемая мощность. Кроме того, поскольку напряжение находится в квадрате в P=V2/RP=V2/R, эффект приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение удваивается до 25-ваттной лампы, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампочки оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также выше.

Пример 9,9

Расчет мощности в электрических устройствах
Двигатель лебедки постоянного тока рассчитан на 20,00 А при напряжении 115 В. Когда двигатель работает на максимальной мощности, он может поднять объект весом 4900 г.00 N расстояние 10,00 м, за 30,00 с, 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, потребляемую двигателем, можно найти с помощью P=IVP=IV. (b) Мощность, используемая для подъема объекта с постоянной скоростью, может быть найдена по формуле P=FvP=Fv, где скорость — это расстояние, деленное на время.Подъемная сила, создаваемая двигателем, равна весу объекта, поскольку ускорение равно нулю. (c) Сопротивление двигателя можно найти, используя P=I2RP=I2R.
Решение
  1. Мощность, потребляемая двигателем, равна P=IVP=IV, ток равен 20,00 А, а напряжение равно 115,00 В: P=IV=(20,00А)115,00В=2300,00Вт.P=IV=(20,00А)115,00В=2300,00Вт.
  2. Мощность, используемая для подъема объекта, равна P=FvP=Fv, где сила равна весу объекта (1960 Н), а модуль скорости равен v=10.00м30.00с=0.33мсv=10.00м30.00с=0.33мс, P=Fv=(4900Н)0,33м/с=1633,33Вт.P=Fv=(4900Н)0,33м/с=1633,33Вт.
  3. Разница в мощности равна 2300,00Вт-1633,33Вт=666,67Вт2300,00Вт-1633,33Вт=666,67Вт, а сопротивление можно найти используя P=I2RP=I2R: R=PI2=666,67 Вт(20,00 А)2=1,67 Ом. R=PI2=666,67 Вт(20,00 А)2=1,67 Ом.
Значение
Сопротивление двигателя очень мало. Сопротивление двигателя обусловлено множеством обмоток медного провода. Мощность, рассеиваемая двигателем, может быть значительной, поскольку тепловая мощность, рассеиваемая двигателем, будет довольно большой из-за этого небольшого сопротивления; однако из-за обратной ЭДС ток, потребляемый двигателем, очень мал.

Проверьте свое понимание 9,9

Проверьте свое понимание Электродвигатели имеют достаточно высокий КПД. Двигатель мощностью 100 л.с. может иметь КПД 90%, а двигатель мощностью 1 л.с. может иметь КПД 80%. Почему важно использовать высокопроизводительные двигатели?

Предохранитель (рис. 9.25) — 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.

Фигура 9.25 Предохранитель состоит из куска проволоки 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 намного 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 P=dEdtP=dEdt, мы видим, что

— это энергия, потребляемая устройством с мощностью P за интервал времени t .Если мощность подается с постоянной скоростью, то энергию можно найти по формуле E=PtE=Pt. Например, чем больше горят лампочки, тем больше используется P ; чем дольше они горят, тем больше т .

Единицей энергии в счетах за электроэнергию является киловатт-час (кВт·ч) (кВт·ч), что соответствует соотношению E=PtE=Pt. 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 1кВт·ч=3,6×106Дж, 1кВт·ч=3,6×106Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) 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, идет на освещение, а в коммерческих учреждениях этот показатель приближается к 40%. Люминесцентные лампы примерно в четыре раза более эффективны, чем лампы накаливания — это верно как для длинных трубок, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. рис. 9.23(b).) Таким образом, 60-ваттную лампу накаливания можно заменить 15-ваттной КЛЛ той же яркости и цвета. 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 10 раз дольше, чем лампы накаливания. Значение инвестиций в такие лампочки рассматривается в следующем примере. Новые белые светодиоды (представляющие собой группы небольших светодиодов) еще более эффективны (в два раза эффективнее, чем КЛЛ) и служат в пять раз дольше, чем КЛЛ.

Пример 9.10

Расчет экономической эффективности светодиодов
Типичной заменой лампы накаливания мощностью 100 Вт является светодиод мощностью 20 Вт.Светодиод мощностью 20 Вт может обеспечить такое же количество света, как и лампа накаливания мощностью 100 Вт. Какова экономия затрат на использование светодиода вместо лампы накаливания в течение одного года, если предположить, что 0,10 доллара за киловатт-час — это средний тариф на электроэнергию, взимаемый энергетической компанией? Предположим, что лампочка включена на три часа в день.
Стратегия
(a) Рассчитайте энергию, используемую в течение года для каждой лампочки, используя E=PtE=Pt.

(b) Умножьте энергию на стоимость.

Решение
  1. Рассчитайте мощность каждой лампочки.EЛампа накаливания=Pt=100Вт(1кВт1000Вт)(3чдень)(365дней)=109.5кВт·чСИД=Pt=20Вт(1кВт1000Вт)(3чдень)(365дней)=21.90кВтч.EЛампа накаливания=Pt=100Вт(1кВт1000Вт)(3чдень)( 365дней)=109,5кВт·чLED=Pt=20Вт(1кВт1000Вт)(3чдень)(365дней)=21,90кВт·ч.
  2. Рассчитать стоимость каждого. стоимость ламп накаливания = 109,5 кВт-ч (0,10 долл. США кВт·ч) = 10,95 долл. США стоимость светодиодов = 21,90 кВт-ч (0,10 долл. США кВт·ч) = 2,19 долл. США. 0,10 кВт·ч = 2,19 доллара США.
Значение
Светодиод потребляет на 80% меньше энергии, чем лампа накаливания, что позволяет сэкономить 8 долларов.76 над лампой накаливания в течение одного года. Светодиод может стоить 20 долларов, а лампа накаливания мощностью 100 Вт может стоить 0,75 доллара, что должно быть учтено при расчете. Типичный срок службы лампы накаливания составляет 1200 часов, а светодиода — 50 000 часов. Лампа накаливания прослужит 1,08 года при работе по 3 часа в день, а светодиод — 45,66 года. Первоначальная стоимость светодиода высока, но стоимость для владельца дома составит 0,69 доллара за лампу накаливания против 0,44 доллара за светодиод в год. (Обратите внимание, что светодиоды падают в цене.) Экономия средств в год составляет примерно 8,50 долларов США, и это только на одну лампочку.

Проверьте свое понимание 9.10

Проверьте свое понимание Является ли КПД различных лампочек единственным соображением при сравнении различных лампочек?

Замена ламп накаливания на компактные люминесцентные лампы или светодиоды — это простой способ снизить потребление энергии в домах и на коммерческих объектах. Лампы CFL работают по совершенно другому механизму, чем лампы накаливания.Механизм сложен и выходит за рамки этой главы, но здесь дается очень общее описание механизма. Лампы компактных люминесцентных ламп содержат пары аргона и ртути, заключенные в спиралевидную трубку. Лампы CFL используют «балласт», который увеличивает напряжение, используемое лампой CFL. Балласт производит электрический ток, который проходит через газовую смесь и возбуждает молекулы газа. Молекулы возбужденного газа излучают ультрафиолетовый (УФ) свет, который, в свою очередь, стимулирует флуоресцентное покрытие внутри трубки.Это покрытие флуоресцирует в видимом спектре, излучая видимый свет. Традиционные люминесцентные лампы и лампы компактных люминесцентных ламп имели короткую временную задержку до нескольких секунд, пока смесь «разогревалась» и молекулы переходили в возбужденное состояние. Следует отметить, что эти лампочки содержат ртуть, которая является ядовитой, но если лампочка разбита, ртуть никогда не высвобождается. Даже если лампочка разбита, ртуть имеет тенденцию оставаться во флуоресцентном покрытии. Сумма также довольно мала, и преимущество экономии энергии может перевесить недостаток использования ртути.

Лампы компактных люминесцентных ламп заменяются на светодиоды, где LED означает «светоизлучающий диод». Диод был кратко рассмотрен как неомическое устройство, изготовленное из полупроводникового материала, который позволяет току течь в одном направлении. Светодиоды представляют собой диоды особого типа, изготовленные из полупроводниковых материалов, в которые добавлены примеси в таких сочетаниях и концентрациях, которые позволяют преобразовывать дополнительную энергию от движения электронов во время электрического возбуждения в видимый свет.Полупроводниковые устройства будут объяснены более подробно в физике конденсированных сред.

Коммерческие светодиоды

быстро становятся стандартом коммерческого и жилого освещения, заменяя лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы. Они предназначены для видимого спектра и изготовлены из галлия, легированного атомами мышьяка и фосфора. Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, используемых в полупроводнике, и силы тока. В первые годы разработки светодиодов маленькие светодиоды на печатных платах были красными, зелеными и желтыми, но теперь светодиоды можно запрограммировать для получения миллионов цветов света, а также множества различных оттенков белого света.

Сравнение ламп накаливания, КЛЛ и светодиодов

Экономия энергии может быть значительной при замене лампы накаливания или КЛЛ на светодиод. Лампочки оцениваются по количеству энергии, потребляемой лампой, а количество светового потока измеряется в люменах. Люмен (лм) — производная единица измерения светового потока в системе СИ и мера общего количества видимого света, излучаемого источником. Лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить лампой CFL мощностью 13–15 Вт или светодиодом мощностью 6–8 Вт, все три из которых имеют световой поток примерно 800 лм. Таблица светоотдачи для некоторых широко используемых лампочек приведена в таблице 9.2.

Срок службы трех типов ламп значительно различается. Срок службы светодиода составляет 50 000 часов, тогда как срок службы КЛЛ составляет 8 000 часов, а срок службы лампы накаливания составляет всего 1 200 часов. Светодиод является наиболее прочным, легко выдерживающим грубое обращение, такое как сотрясение и удары. Лампа накаливания плохо переносит такое же обращение, поскольку нить накаливания и стекло могут легко сломаться.Лампа CFL также менее долговечна, чем светодиод, из-за своей стеклянной конструкции. Количество выделяемого тепла составляет 3,4 БТЕ/ч для светодиода мощностью 8 Вт, 85 БТЕ/ч для лампы накаливания мощностью 60 Вт и 30 БТЕ/ч для лампы CFL. Как упоминалось ранее, основным недостатком лампы CFL является то, что она содержит ртуть, нейротоксин, и должна утилизироваться как опасные отходы. Из этих данных легко понять, почему светодиоды быстро становятся стандартом в освещении.

Световой поток
(люмен)
Светодиоды
(Вт)
Лампы накаливания
(Вт)
Лампы CFL
(Вт)
450 4-5 40 9−13
800 6−8 60 13−15
1100 9−13 75 18−25
1600 16−20 100 23−30
2600 25−28 150 30−55

Стол 9. 2 Световой поток светодиодов, ламп накаливания и КЛЛ

Краткое изложение отношений

В этой главе мы обсудили взаимосвязь между напряжением, током, сопротивлением и мощностью. На рис. 9.26 показаны соотношения между этими измеряемыми величинами для омических устройств. (Вспомните, что омические устройства следуют закону Ома V=IRV=IR.) Например, если вам нужно рассчитать мощность, используйте розовый участок, который показывает, что P=VIP=VI, P=V2RP=V2R и P=I2RP =I2R.

Фигура 9.26 Этот круг показывает сводку уравнений для отношений между мощностью, током, напряжением и сопротивлением.

То, какое уравнение вы используете, зависит от того, какие значения вам даны или вы измеряете. Например, если вам заданы ток и сопротивление, используйте P=I2RP=I2R. Хотя все возможные комбинации могут показаться ошеломляющими, не забывайте, что все они представляют собой комбинации всего двух уравнений: закона Ома (V=IR)(V=IR) и мощности (P=IV)(P=IV).

Как работают электрические цепи

Если вы понятия не имеете, как работают электрические цепи или что люди имеют в виду, когда они говорят о вольтах и ​​амперах, надеюсь, я смогу пролить свет. Я намереваюсь сделать этот пост простым введением в электрические схемы для всех, кто не знает, но интересуется.

Пост будет простым и будет охватывать следующее:

  • Основные части электрической цепи (напряжение, ток и сопротивление)
  • Как связаны главные части (знаменитый закон Ома)
  • Мощность в электрической цепи
  • Связывание всего вместе с несколькими примерами

Работа со схемами

Говоря об электрических цепях, следует учитывать три основные величины: напряжение, ток и сопротивление.

Напряжение — это движущая сила, благодаря которой все работает. Для большинства людей это, вероятно, самая знакомая величина. На изображении ниже показаны различные напряжения.

 

 

Ток — это поток электричества по цепи. Например, если вы подключите лампу к розетке, показанной выше, электричество будет течь по проводам и преобразовываться в тепло и свет в лампе. Чтобы электричество текло, вам нужна какая-то движущая сила — обратно к напряжению, которое является движущей силой.

Часто при попытке объяснить напряжение и силу тока используется аналогия с водой. Напряжение эквивалентно давлению воды и току потока воды по трубам.

В любой электрической цепи существует сопротивление протеканию тока. Величина сопротивления зависит от того, что подключено в цепи. Чем больше сопротивление в цепи, тем меньше ток. В цепи лампы сопротивление должно быть таким, чтобы обеспечить достаточный ток, чтобы лампа светилась: если бы сопротивление было меньше, ток был бы больше и лампа сгорела бы, если бы больше, тока не хватило бы, чтобы лампа загорелась. светиться.

Если вы можете понять напряжение, силу тока и сопротивление, вы сможете понять, как работают электрические цепи.  

На приведенном ниже рисунке показан обогреватель, подключенный к сетевой розетке. Также показано схематическое изображение цепи, показывающее управляющее напряжение, протекающий ток и сопротивление потоку электричества, обеспечиваемое нагревателем.

 

Если вы знаете значение двух из этих параметров, вы всегда можете работать со значением третьего.Примерно в 1825 году ученый по имени Георг Ом исследовал эту взаимосвязь и вывел то, что известно как закон Ома. В своих опытах он выяснил, что в цепи напряжение, деленное на силу тока, всегда равно константе — сопротивлению:

— Закон Ома; R — сопротивление, V — напряжение, I — ток

Единицей измерения напряжения является вольт (В), силы тока — ампер (А), а сопротивления — ом (Ом) имени Георга Ома.

В дополнение к форме уравнения, показанной выше, закон Ома также можно преобразовать, чтобы найти либо напряжение, либо ток при других параметрах:

Если вы до сих пор со мной, то теперь у вас есть хорошее базовое представление о том, как работают электрические цепи. Чтобы представить ситуацию в перспективе, поможет пара примеров:

Рассмотрим цепь нагревателя, показанную выше. Если напряжение в розетке 230 В, а сопротивление нагревателя 53 Ом (что характерно для нагревателя мощностью 1 кВт).Тогда из приведенного выше ток будет 230/53 = 4,4 А (ампер)

В качестве второго примера сопротивление человеческого тела составляет примерно 1000 Ом. Если вы случайно соприкоснетесь с проводником под напряжением 230 В, ток, протекающий через ваше тело, составит 230/1000 = 0,23 А

.
    • Безопасность: любой ток в теле, превышающий 0,05 А, может привести к серьезным травмам или летальному исходу. При типичном сопротивлении тела 1000 Ом такое низкое напряжение, как 50 В, может вызвать протекание этого тока.При любом напряжении выше 50 В вы должны принять как можно больше мер, чтобы исключить контакт с проводниками под напряжением.

Кое-что о единицах

Приведенные выше примеры привели к току 4,4 А и 0,23. При работе с электрическими цепями величины напряжения, тока и сопротивления могут варьироваться от миллионов до небольших долей. Этот диапазон чисел от очень больших до очень маленьких может затруднить чтение величин.Чтобы числа было легче читать, используются префиксы — два наиболее распространенных: кило (к) и мили (м):

.

— кило (к) просто означает 1000 (одна тысяча). Чтобы перевести что-то в килограммы, просто разделите на 1000. Например, 132 000 В можно записать как 132 кВ (киловольты) или 43 000 А как 43 кА.

— mili (м) как бы противоположно килограмму; это сеть 1/1000 (одна тысячная). Чтобы преобразовать в мили, просто умножьте на 1000. Например, 0,23 А будет 230 мА (мили-ампер)

.

Немного о мощности

Прежде чем подвести итоги того, что мы уже прошли, последнее, о чем стоит поговорить, это сила.Причина, по которой у нас есть электрические цепи, заключается в том, чтобы они выполняли для нас какую-то полезную работу. В лампе это должно обеспечить свет, в обогревателе — дать нам тепло, а в электромобиле — возить нас. Электрические цепи передают мощность от электростанции к подключенному оборудованию, чтобы мы могли получить от них эту полезную работу.

Мощность (P) измеряется в ваттах (Вт), и если вы знаете ток и сопротивление цепи, вы можете рассчитать это (вы должны довериться мне в уравнении):

Итак, мощность в любом оборудовании — это ток в квадрате, умноженный на его сопротивление — на самом деле все очень просто.Если вы хотите поиграть с математикой, вы можете объединить это с законом Ома, чтобы выразить по-разному:

Пример: рассмотрим приведенный выше пример нагревателя — сопротивление 53 Ом, а мы рассчитали ток как 4,4 А. Это дает мощность 4,4 2 x 53 = 1026 Вт (или примерно 1 кВт).

Резюме

Подводя итог, электрические цепи имеют три взаимосвязанные величины – напряжение, ток и сопротивление. Напряжение — это движущая сила, которая перемещает ток по цепи, позволяя подавать питание на оборудование. Сопротивление обеспечивается любым элементом оборудования для ограничения тока, протекающего в цепи. Между этими тремя параметрами существует простая зависимость, которая называется законом Ома.

Надеюсь, этот пост помог лучше понять электричество и электрические цепи. Если у вас есть какие-либо комментарии, что-нибудь или предложения по улучшению поста, просто добавьте ниже.

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)  

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 равно

   

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 материала. 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, составляет

   

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


Электроэнергия, полученная или потерянная 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.

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)  

Рис 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 намного 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, потребляемая устройством, использующим мощность  в течение интервала 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 верно 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.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 5.10


Является ли КПД различных лампочек единственным соображением при сравнении различных лампочек?

Замена ламп накаливания на люминесцентные или светодиодные лампы — это простой способ снизить потребление энергии в домах и на коммерческих объектах. Лампы CFL работают по совершенно другому механизму, чем лампы накаливания. Механизм сложен и выходит за рамки этой главы, но здесь дается очень общее описание механизма.Лампы компактных люминесцентных ламп содержат пары аргона и ртути, заключенные в спиралевидную трубку. Лампы CFL используют «балласт», который увеличивает напряжение, используемое лампой CFL. Балласт производит электрический ток, который проходит через газовую смесь и возбуждает молекулы газа. Молекулы возбужденного газа излучают ультрафиолетовый (УФ) свет, который, в свою очередь, стимулирует флуоресцентное покрытие внутри трубки. Это покрытие флуоресцирует в видимом спектре, излучая видимый свет. Традиционные люминесцентные лампы и лампы компактных люминесцентных ламп имели короткую временную задержку до нескольких секунд, пока смесь «разогревалась» и молекулы переходили в возбужденное состояние.Следует отметить, что эти лампочки содержат ртуть, которая является ядовитой, но если лампочка разбита, ртуть никогда не высвобождается. Даже если лампочка разбита, ртуть имеет тенденцию оставаться во флуоресцентном покрытии. Сумма также довольно мала, и преимущество экономии энергии может перевесить недостаток использования ртути.

Лампочки CFL заменяются на светодиодные, где LED означает «светоизлучающий диод». Диод был кратко рассмотрен как неомическое устройство, изготовленное из полупроводникового материала, который позволяет току течь в одном направлении.Светодиоды представляют собой диоды особого типа, изготовленные из полупроводниковых материалов, в которые добавлены примеси в таких сочетаниях и концентрациях, которые позволяют преобразовывать дополнительную энергию от движения электронов во время электрического возбуждения в видимый свет.

Коммерческие светодиоды

быстро становятся стандартом коммерческого и жилого освещения, заменяя лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы. Они предназначены для видимого спектра и изготовлены из галлия, легированного атомами мышьяка и фосфора.Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, используемых в полупроводнике, и силы тока. В первые годы разработки светодиодов маленькие светодиоды на печатных платах были красными, зелеными и желтыми, но теперь светодиодные лампочки можно запрограммировать для получения миллионов цветов света, а также множества различных оттенков белого света.

Сравнение ламп накаливания, компактных люминесцентных ламп и светодиодных ламп

Экономия энергии может быть значительной при замене лампы накаливания или КЛЛ на светодиодную.Лампочки оцениваются по количеству энергии, потребляемой лампой, а количество светового потока измеряется в люменах. Люмен (люмен) — производная единица светового потока в системе СИ и мера общего количества видимого света, излучаемого источником. Лампа накаливания может быть заменена на КЛЛ или на светодиодную лампочку, все три из которых имеют светоотдачу примерно . Таблица светоотдачи для некоторых широко используемых лампочек приведена в Таблице 5.5.1.

Срок службы трех типов ламп значительно различается.Срок службы светодиодной лампы составляет несколько часов, тогда как срок службы КЛЛ составляет несколько часов, а срок службы лампы накаливания составляет всего несколько часов. Светодиодная лампа является наиболее прочной, легко выдерживает грубое обращение, такое как сотрясение и удары. Лампа накаливания плохо переносит такое же обращение, поскольку нить накаливания и стекло могут легко сломаться. Лампа CFL также менее долговечна, чем светодиодная лампа, из-за своей стеклянной конструкции. Количество излучаемого тепла указано для светодиодной лампы, лампы накаливания и лампы CFL.Как упоминалось ранее, основным недостатком лампы CFL является то, что она содержит ртуть, нейротоксин, и должна утилизироваться как опасные отходы. Из этих данных легко понять, почему светодиодные лампочки быстро становятся стандартом в освещении.

(таблица 5.5.1)  

Таблица 5.5.1  Светоотдача светодиодных ламп, ламп накаливания и компактных люминесцентных ламп 

Краткое изложение отношений

В этой главе мы обсудили отношения между напряжениями, током, сопротивлением и мощностью.На рис. 5.5.4 показана сводка взаимосвязей между этими измеряемыми величинами для омических устройств. (Вспомните, что омические устройства следуют закону Ома.) Например, если вам нужно рассчитать мощность, используйте розовый сектор, который показывает, что , , и .

(рис. 5.5.4)  

Рисунок 5.5.4  В этом кружке показана сводка уравнений для взаимосвязей между мощностью, током, напряжением и сопротивлением.

То, какое уравнение вы используете, зависит от того, какие значения вам даны или вы измеряете.Например, если вам известны ток и сопротивление, используйте . Хотя все возможные комбинации могут показаться ошеломляющими, не забывайте, что все они представляют собой комбинации всего двух уравнений: закона Ома () и мощности ().

Цитаты Кандела

Лицензионный контент CC, указание авторства

  • Бесплатно скачать по адресу http://cnx.org/contents/[email protected] Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия : CC BY: Attribution

Как работает электричество? | Источник обучения

Мы используем электричество каждый день (почти) для всего. От зарядки мобильного телефона до принятия горячей ванны и просмотра любимых сериалов по телевизору — электричество есть практически везде. Тем не менее, большинство из нас, вероятно, не могли четко ответить на вопрос: «Как работает электричество ? » 

В этой статье мы дадим вам четкое представление о том, что такое электричество, а также некоторые интересные факты, в том числе о том, сколько ватт требуется вашим повседневным приборам.

Как работает электричество?  

Сама концепция электричества основана на движении электронов. Когда вы заставляете электроны двигаться синхронно, они в конечном итоге выделяют тепло, которое превращает провод, по которому они движутся, в магнит.

Britannica описывает электричество как явление, связанное с неподвижными или движущимися электрическими зарядами. Каждый электрический заряд является фундаментальным свойством материи, переносимой элементарными частицами.

Для электричества эта элементарная частица представляет собой электрон с отрицательным зарядом, который передается следующему электрону обычным методом. Итак, когда мы говорим о том, как работает электричество, это, по сути, результат накопления или движения определенного количества электронов. Более того, электричество движется по замкнутому контуру, по которому движутся электроны.

Поясним это на примере.

Представьте, что вы щелкаете выключателем, чтобы включить свет.Что вы делаете? Вы в основном замыкаете цепь. Применяя ту же логику, когда вы выключите выключатель, вы разомкнете цепь.

Теперь, когда вы замыкаете цепь, поток электричества от электрических проводов проходит через них через свет, и наоборот. Точно так же та же логика применяется, когда вы заряжаете свой телефон, включаете телевизор или работаете с любым другим устройством.

Кроме того, электричество принимает различные формы, такие как вода, уголь, ветер, солнечная энергия, гидроэлектроэнергия и ядерная энергия.  

Как производится электричество и из чего оно состоит?  

источник

Немногие люди знают, что электричество на самом деле является вторичным источником энергии — то, что вы получаете от преобразования других первичных источников энергии, таких как природный газ, уголь, ядерная энергия, нефть и так далее. Интересно, что эти первичные источники энергии могут быть как возобновляемыми, так и невозобновляемыми, но само электричество не является ни тем, ни другим.

Электричество состоит из строительных блоков, называемых атомами, поэтому вам необходимо понять, как ведут себя атомы и, самое главное, как ведут себя электроны.

У каждого атома есть ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а электроны — это заряженные частицы, которые вращаются вокруг ядра в оболочках. Поскольку протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный, они притягиваются друг к другу. Это удерживает оба заряда равными, что, в свою очередь, удерживает атом в равновесии. Итак, положительный заряд протона равен отрицательному заряду электрона.

Нейтроны не имеют электрического заряда, и поэтому они не играют активной роли, когда дело доходит до балансировки атома.

Понимание связи между протонами и электронами  

E лектроны сильно притягиваются к протонам. Но электроны в самой внешней оболочке не имеют такого сильного притяжения к протонам по сравнению с электронами в ближайших оболочках.

Слабо притягивающиеся электроны могут быть вытолкнуты с орбиты, что, в свою очередь, заставляет их переходить от одного атома к другому. Именно эти движущиеся электроны и есть электричество.

Электричество состоит из электронов. Но с технической точки зрения именно поток электрического заряда как форма электричества создает поток электрического тока.

Напомним, движение ряда электронов создает магнитные поля, которые запускают формирование электрических зарядов.

Проводящие материалы, используемые для переноса электрического заряда, такие как медная проволока, имеют поток электронов с отрицательным зарядом. Это помогает проводить электричество, придавая потоку электронов целевое направление, позволяя им двигаться равномерно, одновременно создавая положительный заряд, известный как электрический ток.

Чтобы создать электричество, вам нужно правильно обуздать этот поток электрического тока, а затем направить его вместе с проводящим материалом.

Как измеряется электроэнергия? В каких единицах?

Измерение электричества и электрических единиц взаимосвязано. Вскоре вы поймете, что это значит.

Первой единицей измерения электрического тока в международной системе единиц является ампер или ампер (А). Он обозначает количество электронов (также известный как электрический ток), которые проходят через электрическую цепь в данный момент времени.

Далее следует вольт (В), который является мерой силы, толкающей электрон через электрическую цепь. Эта сила также известна как разность электрических потенциалов. Когда мы определяем напряжение, мы рассчитываем потенциал движения энергии. По сути, более низкое напряжение соответствует более низкой силе, а высокое напряжение означает более высокую силу.

Для измерения электричества необходимо также измерить электрическое сопротивление, которое выражается в омах (Ом). Как уже упоминалось, медная проволока является проводящим материалом, и, поскольку она имеет минимальное сопротивление, она обеспечивает легкий поток электронов.Именно поэтому медь является хорошим проводником электричества, имея низкое сопротивление.

Итак, вот оно: вам нужны ампер, вольт и ом для измерения электричества.

Что касается взаимосвязи между тремя понятиями, то один ампер эквивалентен величине тока, создаваемого силой в 1 В, действующей через сопротивление в 1 Ом.

Теперь медленно прочитайте это еще раз, мы знаем, что это немного сложно.

Обсуждение того, как измерять электричество, останется неполным, если вы не упомянете ватты (Вт), которые являются мерой мощности.Названная в честь шотландского изобретателя Джеймса Ватта, эта единица измерения показывает скорость выполнения работы.

Если вы подумаете об лампочке (созданной другим известным изобретателем, Томасом Эдисоном), вы поймете, как она светит ярче, когда вы увеличиваете подаваемую электрическую мощность, что также приводит к более высокой мощности. Лампа мощностью один ватт преобразует один джоуль электрической энергии в секунду.

При измерении электричества последней единицей, которую вы должны знать, является кулон, который представляет собой количество заряда, протекающего при силе тока в один ампер.

Другими словами, 1 ампер = 1 кулон в секунду

Почему электричество так важно?  

Мы почти уверены, что никто не будет спорить с важностью электричества. Учитывая неудобства, связанные даже с кратковременным отключением электроэнергии, жизнь без электричества практически немыслима. В конце концов, это необходимая форма энергии, которую мы используем на протяжении всей жизни, будь то отопление, освещение, транспорт или развлечения.

На самом деле, нам нужно электроэнергии для более зеленой и чистой Земли .

От вращающихся лопастей ветряных турбин до солнечной энергии и направления пара к геотермальным электростанциям — все остановилось бы при отсутствии электричества. Если вы хотите пользоваться возобновляемыми источниками энергии, вам необходимо обеспечить стабильное электроснабжение.

Откуда берется энергия?  

В Соединенных Штатах Америки тремя основными источниками производства электроэнергии являются уголь, нефть и природный газ . Но это может отличаться в зависимости от части мира, в которой вы живете.Например, гидроэнергетика является основным источником электроэнергии в Канаде, а во Франции электроэнергия в основном вырабатывается за счет ядерной энергии.

К счастью, растущая осведомленность об альтернативных источниках энергии привела к тому, что дома и предприятия используют энергию ветра и солнечную энергию. Атомные электростанции, биомасса и гидроэлектростанции также используются для производства электроэнергии.

Чтобы узнать больше о вашем источнике электроэнергии, вы можете обратиться к своему поставщику энергии.

Почему электричество не является источником энергии?  

Если вы вспомните, как мы описывали электричество ранее, вы поймете, что это способ транспортировки энергии из одного места в другое. Таким образом, электричество является не источником энергии само по себе, а скорее вторичным источником энергии.

Давайте обсудим это с помощью энергии ветра.

Это поток ветра, который помогает приводить в действие турбины, которые подключены к электрогенератору, вырабатывающему электричество.Таким образом, как только электричество вырабатывается и транспортируется, энергия преобразуется в другие формы энергии. Это также соответствует первому закону термодинамики, что его нельзя создать или разрушить.

Потенциальная энергия, хранящаяся в возобновляемых и невозобновляемых источниках энергии, преобразуется в электричество, которое затем помогает питать электрические устройства, транспортные средства и другие вещи.

Определение потребления электроэнергии  

Очень важно знать общее потребление электроэнергии обычными бытовыми приборами.Ведь чем выше потребление электроэнергии, тем больше вам придется платить. Ниже мы составили список потребления электроэнергии для нескольких распространенных электронных устройств.

Сколько электроэнергии потребляет телевизор?  

Как правило, большинство телевизоров потребляют от 120 до 170 Вт в зависимости от размера устройства и используемой технологии.

Например, 42-дюймовый ЖК-дисплей потребляет 120 Вт, а 50-дюймовый ЖК-дисплей — 150 Вт. Но когда вы меняете технологию, для работы 42-дюймового плазменного телевизора потребуется 220 Вт, а для 50-дюймовой плазмы — 300 Вт.

Сколько электроэнергии потребляет компьютер?  

Диапазон потребления электроэнергии настольным компьютером составляет около 200 Вт, и, опять же, в зависимости от типа используемого устройства потребление электроэнергии будет различаться.

Сколько электроэнергии потребляет лампочка?  

Чтобы узнать количество электроэнергии, потребляемой лампочкой, вам нужно посмотреть на количество ватт на ее упаковке. У вас могут быть лампочки мощностью 100 Вт, а также лампы мощностью 60 Вт.Более того, в то время как для светодиодной лампочки требуется 18 Вт, для люминесцентных ламп требуется около 36 Вт.

Сколько электроэнергии потребляет печь?  

Духовки бывают всех форм и размеров — некоторые из них предназначены для коммерческих кухонь, а другие — для домашнего использования. Кроме того, блюда, которые вы готовите, также имеют разную температуру и продолжительность приготовления.

Для духовых шкафов нормально использовать мощность от 1000 до 5000 Вт, при этом средняя мощность составляет около 2400 Вт в час, при условии, что обычная температура приготовления остается в пределах 300-425°F.

Сколько электроэнергии потребляет кондиционер?  

Подобно печам, кондиционеры также доступны в различных конфигурациях. Несколько других факторов также влияют на общее потребление электроэнергии — от количества комнат в вашем доме или квартире до желаемой внутренней температуры, вашей изоляции и так далее.

География и время года также имеют решающее значение. Подумайте об этом: использование переменного тока зимой в Нью-Йорке будет отличаться от использования переменного тока летом в Палм-Спрингс.

Чтобы дать вам представление, средний блок центрального кондиционера потребляет от 3000 до 5000 Вт мощности в жаркие месяцы года.

Сколько электроэнергии потребляет сушилка?  

Средняя сушилка для белья потребляет 5000 Вт, а средняя стиральная машина потребляет от 500 Вт (без электрического нагрева воды) до 1800 Вт (с электрическим нагревом воды).

Потребляют ли диммеры меньше электроэнергии?  

Да, диммеры обеспечивают меньшее потребление энергии.

Современные диммеры потребляют меньше электроэнергии по сравнению со старыми диммерами, поскольку в первых используется переключатель TRIAC, который отключает подачу электроэнергии несколько раз в секунду.

В результате общее количество энергии, достигающей лампочки, уменьшается. Это снижает количество производимого света, который, в свою очередь, потребляет меньше электроэнергии.

Сколько электроэнергии я использую?  

источник

Лучший способ определить общее количество потребляемой электроэнергии – это проанализировать ежемесячные счета за электроэнергию.

Потребление электроэнергии зависит от времени года, погоды и других факторов. Например, в те месяцы, когда вас нет дома, потребление электроэнергии будет ниже, чем в месяцы, когда к вам приходят гости.

Вы также можете рассчитать энергопотребление по следующей формуле: 

Шаг 1. Рассчитайте мощность каждого устройства, которое вы используете ежедневно  

Вы найдете это на упаковке каждого устройства. Вот список повседневных устройств, с которых можно начать: 

.
  • Микроволновая печь: 750–1100 Вт
  • Посудомоечная машина: 1200–2400 Вт
  • Утюг: 100–1800 Вт
  • Ноутбук: 50 Вт
  • Кофеварка: 900–1200 Вт

Шаг 2. Переведите ватты в киловатты   

Каждая 1000 Вт равна 1 кВт, поэтому просто примените это для своей мощности.

Шаг 3. Узнайте количество киловатт и ежемесячное использование устройства  

Для этого вам понадобятся три формулы: 

  1. Расчет ватт-часов в день

Мощность устройства (Вт) x Часы использования в день = Ватт-часы (Втч) в день

  1. Преобразование ватт-часов в киловатты

Использование устройства (Втч) / 1000 (Втч/кВтч) = Использование устройства в кВтч

  1. Найдите свое ежемесячное использование

Ежедневное потребление (кВтч) x 30 (дни) = приблизительное месячное потребление (кВтч / месяц)

Шаг 4. Рассчитайте полную стоимость   

Ежемесячное потребление в киловатт-часах (кВтч) x Тариф на электроэнергию ($/кВтч) = приблизительная стоимость в месяц 

Каково среднее потребление электроэнергии домохозяйством?  

В 2019 году среднегодовое потребление электроэнергии бытовым потребителем коммунальных услуг в США.С. составил 10 649 кВтч, в среднем почти 877 кВтч в месяц.

Во французских домохозяйствах среднее потребление электроэнергии было значительно ниже и составляло 6400 кВтч в год, в то время как Китай потребляет около 1300 кВтч ежегодно.

В разных регионах средний уровень использования разный. Кроме того, на цифры влияют и другие факторы, такие как размер дома, доступность электричества и стандарты бытовой техники.

Электричество буквально делает наше будущее ярким  

источник

Сегодня для большинства используемых нами устройств и действий, которыми мы занимаемся, требуется электричество.От охлаждения с вентилятором до разговоров по телефону и вождения (привет, владельцы Tesla!), это стало важной частью нашей повседневной жизни.

Использование возобновляемых источников энергии вместо источников ископаемого топлива может обеспечить более светлое будущее для нашей Земли и сократить выбросы углекислого газа. Свяжитесь со своим поставщиком энергии, чтобы перейти на электричество из возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели, биомасса и ветряные турбины.

Предоставлено вам justenergy.com

Все изображения предоставлены по лицензии Adobe Stock.
Избранное изображение:

Энергия в цепях постоянного тока

Энергия в цепях постоянного тока
Далее: Мощность и внутреннее сопротивление Вверх: Электрический ток Предыдущий: Конденсаторы в цепях постоянного тока Рассмотрим простую схему, в которой батарея напряжения управляет ток через резистор сопротивления . Как мы видели, аккумулятор непрерывно совершает работу за счет повышения потенциалов зарядов, которые втекают в его отрицательный полюс, а затем вытекают из его положительный терминал.Какую работу совершает батарея в единицу времени? Другими словами, какова выходная мощность аккумулятора?

Рассмотрим (положительный) заряд, протекающий через батарею от отрицательного клемму к положительной клемме. Батарея повышает потенциал зарядка, поэтому работа, которую батарея выполняет при зарядке, равна . Общее количество заряда, протекающего через аккумулятор в единицу времени, равно по определению равен току, протекающему через батарею. Таким образом количество работы, которую батарея совершает в единицу времени, является просто произведением работа, совершаемая на единицу заряд, , и заряд, проходящий через батарею на единицу время, .Другими словами,

(141)

где , разумеется, обозначает выходную мощность аккумулятора. Таким образом, правило
Мощность в цепи постоянного тока является произведением напряжения и силы тока .
Это правило касается не только аккумуляторов. Если ток течет через некоторый компонент цепи постоянного тока, который имеет потенциал падения в направление тока, то этот компонент получает энергию в единицу времени за счет остальной схемы, а наоборот .Кстати, поскольку единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), отсюда следует, что
(142)

Рассмотрим резистор, по которому течет ток. По словам Ома по закону падение потенциала на резисторе равно . Таким образом энергия, получаемая резистором в единицу времени, равна

(143)

В какой форме резистор приобретает эту энергию? Оказывается, что энергия рассеивается в виде тепла внутри резистора.Этот эффект известен как джоулевый нагрев . Таким образом, приведенная выше формула дает электрическую мощность нагрева резистора. Электрическая энергия преобразуется в тепло ( т.е. , случайное движение атомов, составляющих резистор) поскольку электрически ускоренные свободные электроны внутри резистора сталкиваются с атомами и, тем самым передать всю свою кинетическую энергию атомам. Это это энергия, которая проявляется как тепло в макроскопическом масштабе (см. раздел 7.3).

Бытовые счета за электроэнергию зависят от количества энергия рассматриваемое домохозяйство использует в течение данного учетного периода, поскольку потребление энергии определяет, сколько угля или газа было сожжено на от имени домохозяйства на местной электростанции в этот период.условная единица потребляемая электроэнергия коммунальными предприятиями составляет киловатт-часа . Если электрическая энергия потребляется за 1 час из расчета 1 кВт (типовой показатель потребления одностержневой электрокамин), то общее потребление энергии равно один киловатт-час (кВтч). Следует, что

(144)



Далее: Мощность и внутреннее сопротивление Вверх: Электрический ток Предыдущий: Конденсаторы в цепях постоянного тока
Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Батареи, цепи и трансформаторы — У.S. Управление энергетической информации (EIA)

Батареи производят электричество

Электрохимическая батарея производит электричество с помощью двух разных металлов в химическом веществе, называемом электролитом . Один конец батареи прикреплен к одному из металлов, а другой конец прикреплен к другому металлу. Химическая реакция между металлами и электролитом освобождает больше электронов в одном металле, чем в другом.

Источник: адаптировано из проекта развития национального энергетического образования (общественное достояние)

Металл, освобождающий больше электронов, приобретает положительный заряд, а другой металл — отрицательный.Если электрический проводник или провод соединяет один конец батареи с другим, электроны текут по проводу, чтобы сбалансировать электрический заряд.

Электрическая нагрузка — это устройство, которое использует электричество для выполнения работы или выполнения работы. Если вдоль провода разместить электрическую нагрузку, например лампочку накаливания, электричество может совершать работу, проходя по проводу и лампочке. Электроны текут от отрицательного конца батареи через провод и лампочку и обратно к положительному концу батареи.

Электричество ходит по цепям

Электричество должно иметь полный путь или электрическую цепь , прежде чем электроны смогут двигаться. Выключатель или кнопка включения на всех электрических устройствах замыкает (включает) или размыкает (выключает) электрическую цепь в устройстве. Включение или выключение света открывает цепь, и электроны не могут течь через свет. Включение света замыкает цепь, которая позволяет электричеству течь от одного электрического провода через лампочку, а затем по другому проводу.

Лампа накаливания излучает свет, когда электричество течет по крошечному проводу в лампочке, который сильно нагревается и светится. Лампа накаливания перегорает, когда крошечный провод внутри лампочки разрывается, что размыкает цепь.

Источник: адаптировано из проекта развития национального энергетического образования (общественное достояние)

Трансформаторы помогают эффективно передавать электричество на большие расстояния

Чтобы решить проблему передачи электроэнергии на большие расстояния, Уильям Стэнли разработал устройство, названное трансформатором .Трансформатор изменяет напряжение электричества в проводнике или линии электропередач. Высоковольтные линии электропередач, такие как те, что висят между высокими металлическими башнями, передают электричество на большие расстояния туда, где оно необходимо. Электричество с более высоким напряжением более эффективно и дешевле для передачи электроэнергии на большие расстояния. Электричество с более низким напряжением безопаснее для использования в домах и на предприятиях. Трансформаторы увеличивают (повышают) или снижают (понижают) напряжение по мере того, как электричество поступает от электростанций в дома и на предприятия.

Последнее рассмотрение: 13 декабря 2021 г.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.