Підручник Фізика 8 клас - М. I. Шут - Перун 2016 рік
ЧАСТИНА II ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ
Розділ 6. ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНІВ ПОСТІЙНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ
✵ Значення відкриття Гальванідля науки і техніки
✵ Як гальванічний елемент створює струм?
✵ Як виміряти потужність електроприладів
✵ Що таке електроліт
✵ Що таке електроліз
✵ Яка природа електричного струму в електролітах
✵ Чи проводить розчин цукру у воді електричний струм
✵ Що таке несамостійний і самостійний газові розряди
✵ За яких умов повітря проводить електричний струм
§ 40. РОБОТА І ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ
1. Робота електричного струму. Ви вже знаєте, що проходження електричного струму в колі спричинює теплову, хімічну і магнітну дії струму.
Відомо, що напруга на кінцях ділянки кола чисельно дорівнює роботі, яка виконується під час проходження цією ділянкою електричного заряду в 1 Кл. Зрозуміло, щоб визначити роботу А електричного струму на деякій ділянці кола, слід напругу U на кінцях цієї ділянки кола помножити на електричний заряд q (кількість електрики), що пройшов нею:
А = U ∙ q. (1)
Електричний заряд q, що пройшов на ділянці кола, можна визначити, вимірявши силу струму І і час його проходження t:
q = It. (2)
Використовуючи ці співвідношення, дістанемо формулу роботи електричного струму, якою зручно користуватися на практиці:
А = U It. (3)
А= Uq, A = U It.
У Міжнародній системі одиниць роботу вимірюють в джоулях, напругу — у вольтах, силу струму — в амперах і час — у секундах, тому:
1 Джоуль = 1 Вольт ∙ 1 Ампер ∙ 1 секунда,
тобто 1 Дж = 1 В ∙ А ∙ с.
Явище взаємодії між провідниками зі струмом (або провідника зі струмом і магніту) використовується в пристроях, в яких за рахунок енергії електричного поля виконується механічна робота (наприклад, в електродвигунах).
Під час проходження електричного струму відбувається перетворення енергії електричного поля, що спричинює напрямлений рух електрично заряджених частинок, в інші види енергії (теплову, хімічну, механічну), тобто електричним струмом виконується робота.
Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює добутку напруги на кінцях цієї ділянки на силу струму і час, протягом якого виконувалася робота.
2. Потужність електричного струму. Знаючи роботу, що виконується струмом за деякий інтервал часу, можна визначити й потужність струму. Потужність електричного струму чисельно дорівнює роботі струму за одиницю часу, тобто
P =
, (4)
де Р - потужність струму. Скориставшись формулою (3), одержимо
Отже, потужність електричного струму дорівнює добутку напруги на силу струму:
Р = UI. (5)
У Міжнародній системі одиниць за одиницю потужності взято 1 Вт.
1 ват = 1 вольт ∙ 1 ампер,
або
3. Вимірювання роботи і потужності електричного струму. Потужність електричного струму можна виміряти, увімкнувши в коло вольтметр і амперметр. Щоб обчислити шукану потужність, слід помножити напругу на силу струму, знайдені за показами приладів. А щоб визначити роботу електричного струму, потрібно мати ще й годинник, оскільки А = Pt.
Безпосередньо вимірюють потужність електричного струму в колі спеціальними приладами, зокрема, ватметром.
Електричну енергію, що витрачається споживачем, вимірюють електричним лічильником (лічильником електричної енергії). Електричний лічильник проградуйовано в позасистемній одиниці - ват-година.
На практиці використовують також кратні одиниці: гектоват (гВт), кіловат (кВт), мегават (МВт).
1 гВт = 100 Вт;
1 кВт = 10 гВт =
= 1000 Вт;
1 МВт = 1000 кВт =
= 1 000 000 Вт =
= 10 6 Вт.
Класичний лічильник, по-суті, являє собою невеликий електромотор, швидкість обертання якого пропорційна потужності, що споживається в колі. Нині використовуються електронні лічильники електричної енергії, принцип роботи яких інший.
На електроприладах звичайно зазначають їх номінальну потужність, тобто потужність струму, яка необхідна для нормальної дії цих приладів. Так, електроплитка, розрахована на напругу 220 В, потужністю в 500 Вт для нормальної роботи потребує силу струму близько 2,3 А. Скориставшись ф.5 маємо: 500 Вт: 220 В ≈ 2,3 А
В електротехніці й побуті значно зручніше роботу електричного струму визначати не в джоулях, а через одиниці потужності - ват та кратні йому одиниці, й одиниці часу - секунду та годину. Такими одиницями є ват-секунда (Вт ∙ с), ват-година (Вт ∙ год), гектоват-година (гВт ∙ год), кіловат-година (кВт ∙ год).
1 Вт ∙ год = 3600 Вт ∙ с = 3600 Дж;
1 гВт ∙ год = 100 Вт ∙ год = 360 000 Дж;
1 кВт ∙ год = 1000 Вт ∙ год = 3 600 000 Дж.
Потужності окремих споживачів електричної енергії
Таблиця.
Споживачі |
Потужності |
||
Вт |
кВт |
МВт |
|
Кишеньковий радіоприймач Вентилятор побутовий Холодильник Електропраска Електропилосос побутовий |
0,6 - 0,7 10 - 65 110 - 160 300 - 1000 600 - 1500 |
||
Двигун трамвая Двигун тролейбуса Двигун електровоза |
45 - 50 80 - 100 625 - 660 |
||
Дніпрогес Київська ГЕС Рівненська АЕС (один блок) |
650 225 1000 |
||
Від теорії до практики
Як визначити потужність побутового електроприладу, якщо у вас немає амперметра, вольтметра або ватметра?
Для цього вам необхідно використати електролічильник вашої квартири та наручний годинник із секундною стрілкою (ще краще використати секундомір). Вимкніть у квартирі всі електроприлади, крім однієї або двох ламп, потужності яких вам відомі, наприклад однієї 100-ватної лампи або двох 60-ватних ламп. Поспостерігайте за рухом диску електролічильника і визначте час е1, за який він зробить певну кількість повних обертів, скажімо 25. Вимкніть лампу, ввімкніть електроприлад невідомої потужності і знову визначте час t2 для тієї ж кількості обертів електролічильника. За цих умов робота струму буде однакова. Тому знаючи відношення t 1 : t 2 і потужність лампи, можна наближено визначити шукану потужність електроприладу.
Якщо у Вашому будинку встановлено сучасний електронний лічильник, то подумайте, яким чином можна обчислити невідому потужність електроприладу за числом спалахів індикатора електролічильника?
Приклад розв’язування задачі
Приклад. Яка потужність електродвигуна і яку роботу він виконує за 1 год., якщо сила струму в колі електродвигуна 6 А, напруга на його клемах 220 В? Коефіцієнт корисної дії двигуна 80%.
Розв’язання
Потужність струму Р = UІ:
Р = 220 В ∙ 5 А = 1100 Вт = 1,1 кВт;
Повна робота струму А = Р ∙ t:
А = 1100 Вт ∙ 3600 с = 3 960 000 Вт ∙ с =
= 3,96 ∙ 106 Дж, або
А = 3,96 ∙ 103 кДж.
Корисна робота електродвигуна А 1, становить 80% (0,8) від усієї роботи струму:
А 1 = n ∙ А;
А 1 = 3,96 ∙ 103 кДж ∙ 0,8 = 3,168 ∙ 103 кДж ≈
≈ 3,2 ∙ 103 кДж.
Відповідь: Р = 1,1 кВт, А 1 = 3,2 ∙ 103 кДж.
Подумайте і дайте відповідь
1. Як виразити роботу струму через напругу, силу струму і час?
2. Як, знаючи напругу та електричний заряд, що пройшов через поперечний переріз провідника, визначити роботу електричного струму?
3. Чому дорівнює потужність електричного струму?
4. Якими приладами вимірюють потужність і роботу електричного струму?
5. Які одиниці роботи електричного струму використовують на практиці?
6. Які одиниці потужності використовують на практиці?
Розв’яжіть задачі та оцініть результати
Вправа 40.
1. Напруга на спіралі лампочки від кишенькового ліхтарика 3,5 В, опір спіралі 14 Ом. Яку роботу виконує струм у лампочці за 5 хв.?
2. На електричній лампочці кишенькового ліхтарика зазначено 2,5 В; 0,25 А. Визначте потужність лампочки. (Визначте потужність лампочки ліхтарика, що є вдома)
3. Пилосос потужністю 500 Вт працює при напрузі 220 В. Визначте: а) силу струму, що споживається; б) опір; в) витрату електричної енергії за 30 хв.
4. При ремонті електроплитки спіраль укоротили на 25% її початкової довжини. Як зміниться споживана плиткою потужність?
5. Впродовж 10 хв на деякій ділянці протікає електричний струм, значення якого 250 мА. Напруга на цій ділянці - 4 В. Знайдіть потужність електричного струму, яка виділяється на даній ділянці та роботу електричного струму за даний час.