Работа и мощность в электрической цепи: Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс. — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Электрический ток.Работа, мощность | От урока до экзамена

Кристаллическая решётка

Электрический ток. Все металлы являются проводниками электрического тока. Они состоят из пространственной кристаллической решетки, узлы которой совпадают с центрами положительных ионов. Вокруг ионов хаотически движутся свободные электроны.

В металлах электронная проводимость

Электрическим током в металлах называется упорядоченное движение свободных электронов. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Электрические заряды могут двигаться упорядоченно под действием электрического поля, поэтому условием для существования эл. тока является наличие электрического поля и свободных носителей эл.заряда.

Сила тока численно равна заряду, протекающему через данное поперечное сечение проводника в единицу времени. Ток называется постоянным, если сила тока и его направление не изменяется с течением времени.

I = 1 Кл/с = 1 А

1 ампер (А) равен силе постоянного тока, при котором через любое поперечное сечение проводника за 1 с протекает 1 Кл электричества. I = q₀nvS Силу тока в цепи измеряют амперметром. Условное обозначение в цепи

Работа и мощность тока. Электрический ток снабжает нас энергией. Она возникает за счёт работы электрического поля по передвижению свободных зарядов в проводнике. Рассмотрим участок цепи, по которому течёт ток I. Напряжение на участке обозначим U, сопротивление участка равно R. При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δ

t по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном участке совершает работу. ΔA = U I Δt — эту работу называют работой электрического тока.

За счёт работы на рассматриваемом участке может совершаться механическая работа; могут также протекать химические реакции. Если этого нет, то работа эл. поля приводит только к нагреванию проводника. Работа тока равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током: — это закон Джоуля — Ленца

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена на данном участке: P = IU или . Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Закон Ома для замкнутой цепи. Источник тока имеет ЭДС () и сопротивление (

r), которое называют внутренним. Электродвижущей силой (ЭДС) называется отношение работы сторонних сил по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда (1В=1Дж/1Кл).

Рассмотрим теперь замкнутую (полную) цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. (R+r) — полное сопротивление цепи. Закон Ома для полной цепи записывается в виде или Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Опубликовано 29/05/201510/12/2020Автор adminРубрики экзаменационные билеты по физикеМетки Билет №15, закон Ома для полной цепи, работа и мощность в цепи постоянного тока, электрический ток

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.

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 излучение. Как связаны напряжение, сила тока и сопротивление с электрической мощностью?

Рисунок 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 дюймов/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.

Рисунок 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 отрицательно, 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 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:

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

P=IV.P=IV.

9.12

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 предмет массой 4900,00 Н на расстояние 10,00 м за 30,00 с при постоянной скорость. 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

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.
Мощность, используемая для подъема объекта, равна P=FvP=Fv, где сила равна весу объекта (1960 Н), а модуль скорости равен v=10,00 м30,00 с=0,33 мсv=10,00 м30. 00 с = 0,33 мс,
P=Fv=(4900Н)0,33м/с=1633,33Вт.P=Fv=(4900Н)0,33м/с=1633,33Вт.
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

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.

Рисунок 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 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 P=dEdtP=dEdt, мы видим, что

E=∫PdtE=∫Pdt

— 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 горит лампочка, тем больше P б/у; 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 эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных трубок, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. рис. 9.23(b).) Таким образом, лампочку накаливания мощностью 60 Вт можно заменить КЛЛ мощностью 15 Вт такой 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

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.
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, экономя 8,76 долларов по сравнению с 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 США.для ламп накаливания по сравнению с 0,44 доллара для светодиодов в год. (Обратите внимание, что светодиоды падают в цене.) Годовая экономия составляет примерно 8,50 долларов, и это только на одну лампочку.

Проверьте свое понимание 9.10

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 КЛЛ. 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.

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

Какое уравнение использовать, зависит от того, какие значения вам даны или какие 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).

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.