Підручник Фізика 8 клас - А. М. Сердюченко - Освіта 2016 рік

Розділ 4. Електричний струм

ЧАСТИНА II. ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА

§ 38. Робота й потужність електричного струму

Думки вголос

Я вивчу, як можна розрахувати роботу і потужність електричного струму, знатиму необхідні для цього прилади.

Електричний струм проявляє себе в різних діях: тепловій (провідник нагрівається), механічній (електродвигун приводить в рух машини і механізми), хімічній (заряджання акумулятора). У цих випадках відбувається перехід енергії електричного поля в інші види енергії. Ми знаємо, що будь-які перетворення енергії одного виду в інший характеризуються виконанням роботи. Роботу можна знайти за формулою фізичного змісту напруги:

Щоб визначити роботу електричного струму на будь-якій ділянці кола, необхідно напругу па цін ділянці помножити на заряд, який пройшов через цю ділянку.

Електричний заряд можна знайти таким чином: силу струму в ділянці кола помножити на час проходження струму в цій ділянці:.

q = І ∙ t, де t — час проходження, І — сила струму.

Отже, А = U ∙ I ∙ t

[А] = 1 Дж (відомо з курсу фізики 7 класу, що 1 Дж = 1 Н ∙ м).

В електриці 1 Дж = 1 В ∙ 1 А ∙ 1 с, 1 Дж = 1 В ∙ А ∙ с.

Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює добутку напруги на кінцях цієї ділянки на силу струму і час, протягом якого виконувалась робота.

Із формули А = U ∙ І ∙ t можна зробити висновок, що для вимірювання роботи електричного струму необхідні такі прилади: вольтметр, амперметр і годинник. Але на практиці роботу електричного струму вимірюють спеціальними приладами — лічильниками (мал. 146).

Швидкість виконання роботи електричного струму характеризує потужність струму:

Мал. 146. Лічильник

Мал. 147. Ватметри

Мал. 148.

Мал. 149. Електролічильник струму

Потужність електричного струму — це фізична величина, що чисельно дорівнює роботі електричного струму, виконаній в одиницю часу.

Оскільки А = U ∙ І ∙ t, то Р = U ∙ І.

Отже, потужність електричного струму визначається добутком напруги на силу струму.

[Р] = 1 В ∙ 1 А = 1 Вт (Ват)

1 кВт = 1000 Вт;

1 МВт = 1 000 000 Вт.

Вимірювати потужність струму можна за допомогою вольтметра і амперметра (їх показання потрібно помножити). Існують спеціальні прилади для вимірювання потужностей електричного струму — ватметри (мал. 147). їх схематичне позначення зображено на малюнку 148.

Потужність струму завжди вказують в паспортах споживачів струму. На практиці роботу електричного струму зручно знаходити через добуток потужності і часу:

А = Р ∙ t;

1 Дж = 1 Вт ∙ с.

Квартирний лічильник роботи струму дає показання в одиницях кВт ∙ год (мал. 149):

1 Вт ∙ год = 3600 Вт ∙ с = 3600 Дж

1 кВт ∙ год = 1000 Вт ∙ год =

= 3 600 000 Дж.

Приклад розв’язування задач. Електрична лампа в кімнаті має потужність 60 Вт і робочу напругу 220 В. Яку роботу виконує електричний струм протягом місяця (30 днів), якщо цю лампу використовують щодня протягом 3 годин? Який струм протікає через спіраль лампи і який її опір?

Розв'язання

Час роботи лампи: t = 3 год ∙ 30 = 90 год.

За цей час електричний струм виконує роботу:

А = Р ∙ t; А = 60 Вт ∙ 90 год =

= 5400 Вт ∙ год = 5,4 кВт ∙ год.

Якщо ми знаємо тариф, то можна взнати вартість цієї роботи. Якщо тариф 52 к/кВт ∙ год, то, помноживши на число 5,4 кВт ∙ год, ми знайдемо вартість: 52 коп/кВт ∙ год ∙ 5,4 кВт ∙ год = 280,8 к. = 2 грн 80 к.

Через спіраль електричної лампи протікатиме струм:

Згідно із законом Ома знайдемо опір спіралі електричної лампи:

Відповідь: А = 5,4 кВт ∙ год; І = 0,3 A; R = 730 Ом.

Підсумки

• Щоб визначити роботу електричного струму, треба помножити силу струму, напругу і час проходження струму: А = U ∙ I ∙ t.

• Роботу електричного струму вимірюють в джоулях: 1 Дж = 1 В А с.

• Швидкість виконання роботи електричним струмом визначають потужністю: Р = ;

Р = U ∙ I; [Р] = 1 Вт; 1 Вт = 1 В ∙ 1 А;

1 Дж = 1 Вт ∙ с.

• У практичних цілях використовують несистемні одиниці вимірювання роботи електричного струму: 1 кВт ∙ год.

Завдання

1. Яку роботу щосекунди виконує двигун електродриля, якщо напруга 220 В, а сила струму 4 А?

2. Як зміниться потужність електричного струму, що споживає спіраль електроплитки, якщо після ремонту спіраль дещо скоротили?

3. На цоколі лампи розжарення написано 48 В, 96 Вт. Яка сила струму протікає через лампу, коли вона працює за номінальної потужності?

4. Яку потужність має електричний струм в автомобільній лампі, якщо до неї підведено напругу 14,4 В, а сила струму дорівнює 7,5 А?

5. Потужність електричної праски дорівнює 0,6 кВт. Яка сила струму протягом 0,5 години?

6. Яку роботу здійснює електричний струм в електричному двигуні за 15 хвилин, якщо сила струму в мережі 0,5 А, а напруга на клемах електродвигуна 12 В?

7. Два резистори, по 5 Ом кожний, з’єднані спочатку послідовно, а потім паралельно і щоразу підключені до напруги 4,5 В. У якому випадку робота струму за однаковий час буде більшою і в скільки разів?

8. В люстру вставлено дві лампочки 30 Вт і 60 Вт, розраховані на напругу 220 В. Якою з лампочок тече більший струм, у скільки разів?

9. Двигун кондиціонера споживає силу струму 5 А від мережі напругою 220 В. Яку корисну роботу виконує двигун за 20 хв, якщо його ККД = 85 %?

10. Двигун ліфта працює від мережі 220 В. Його ККД становить 70 %. Яку силу струму споживає двигун ліфта, якщо він рівномірно підіймає кабіну з вантажем масою 600 кг зі швидкістю 2 м/с?

А ти знаєш?

Скільки коштує блискавка?

В далекі часи, коли блискавки приписували «богам», подібне питання було б дивним. Зараз, коли електрична енергія перетворилась на товар, який вимірюють і оцінюють, таку задачу можна вирішити.

Розрахунки цієї задачі.

Грозовий розряд відбувається при напрузі приблизно 50 млн В. Максимальна сила струму при цьому 200 000 А. Знайдемо потужність, враховуючи те, що при разряді електрична напруга спадає до нуля, візьмемо половину значення напруги:

= 5 000 000 000 000 (Вт) = 5 млрд кВт.

Щоб отримати енергію блискавки в кВт ∙ год, треба врахувати час електричного розряду (біля тисячної долі секунди).

Отримуємо: Е = = 1400 (кВт ∙ год).

Візьмемо тариф: 2 грн/кВт ∙ год.

Отримуємо вартість: 2 грн/кВт ∙ год ∙ 1400 кВт ∙ год = 2800 грн.

Висновок: Якщо знати фізичні формули, то можна розв’язати і такі «фантастичні задачі».





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити