Elektrivoolu tekitatakse selleks, et seda tulevikus kasutada teatud eesmärkidel, mingite tööde tegemiseks. Tänu elektrile toimivad kõik seadmed, seadmed ja seadmed. Teos ise kujutab endast teatud pingutust, mida rakendatakse elektrilaengu liigutamiseks määratud vahemaa tagant. Tavaliselt võrdub selline töö ahela sektsioonis selle sektsiooni pinge arvväärtusega.
Vajalike arvutuste tegemiseks peate teadma, kuidas voolu tööd mõõdetakse. Kõik arvutused tehakse mõõtevahendite abil saadud algandmete põhjal. Mida suurem on laeng, seda rohkem tuleb selle liigutamiseks pingutada ja seda rohkem tööd tehakse.
Kuidas nimetatakse voolu tööd?
Elektrivoolul kui füüsikalisel suurusel pole iseenesest praktilist tähtsust. Kõige olulisem tegur on voolu mõju, mida iseloomustab selle töö. Teos ise esindab teatud toiminguid, mille käigus üht tüüpi energia muundatakse teiseks. Näiteks elektrienergia muundatakse mootori võlli pöörates mehaaniliseks energiaks. Elektrivoolu töö ise on laengute liikumine juhis elektrivälja mõjul. Tegelikult teeb kogu laetud osakeste liigutamise töö ära elektriväli.
Arvutuste tegemiseks tuleb tuletada elektrivoolu toimimise valem. Valemite koostamiseks vajate selliseid parameetreid nagu voolutugevus ja. Kuna elektrivoolu ja elektrivälja poolt tehtav töö on sama asi, siis väljendatakse seda juhis voolava pinge ja laengu korrutisena. See tähendab: A = Uq. See valem tuletati seosest, mis määrab juhi pinge: U = A/q. Sellest järeldub, et pinge tähistab tööd, mida elektriväli A teeb laetud osakese q transportimiseks.
Laetud osake või laeng ise kuvatakse voolutugevuse ja selle laengu piki juhti liikumiseks kulunud aja korrutisena: q = It. Selles valemis kasutati voolutugevuse seost juhis: I = q/t. See tähendab, et see on laengu ja aja suhe, mille jooksul laeng läbib juhi ristlõike. Lõplikul kujul näeb elektrivoolu töö valem välja nagu teadaolevate suuruste korrutis: A = UIt.
Millistes ühikutes mõõdetakse elektrivoolu tööd?
Enne elektrivoolu töö mõõtmise küsimuse otsest käsitlemist on vaja koguda kõigi füüsikaliste suuruste mõõtühikud, millega see parameeter arvutatakse. Seetõttu on mis tahes töö selle suuruse mõõtühik 1 džaul (1 J). Pinge mõõdetakse voltides, voolu mõõdetakse amprites ja aega mõõdetakse sekundites. See tähendab, et mõõtühik näeb välja selline: 1 J = 1 V x 1 A x 1 s.
Saadud mõõtühikute põhjal määratakse elektrivoolu töö voolutugevuse korrutisega vooluahela lõigul, pinge sektsiooni otstes ja ajaperioodi, mille jooksul vool läbib vooluahelat. dirigent.
Mõõtmised tehakse voltmeetri ja kella abil. Need seadmed võimaldavad teil tõhusalt lahendada antud parameetri täpse väärtuse leidmise probleemi. Ampermeetri ja voltmeetri ühendamisel vooluringiga on vaja jälgida nende näitu kindlaksmääratud aja jooksul. Saadud andmed sisestatakse valemisse, mille järel kuvatakse lõpptulemus.
Kõigi kolme seadme funktsioonid on ühendatud elektriarvestites, mis võtavad arvesse tarbitud energiat ja tegelikult elektrivooluga tehtud tööd. Siin kasutatakse teist mõõtühikut - 1 kW x h, mis tähendab ka seda, kui palju tööd ajaühikus tehti.
Elektrivoolu ise pole vaja. Tähtis pole vool ise, vaid selle mõju.
Elektrivoolu toimet iseloomustab elektrivoolu töö.
Töö on suurus, mis iseloomustab energia muundumist ühest liigist teise.
Näiteks oli kineetiline energia, kuid see muutus potentsiaalseks energiaks, s.t keha oli liikumisseisundis, siis ta peatus, tõustes teatud kõrgusele.
Mis puutub elektrivoolu, siis me juba teame elektrilaengute liikumist mööda juhti ja seda, et see liikumine toimub elektrivälja mõjul, st tööd teeb elektriväli. Ja sel juhul näitab töö, kuidas ühte tüüpi energiat, näiteks elektrivoolu energiat, muudetakse teist tüüpi energiaks - mehaaniliseks, termiliseks jne.
Elektrivoolu tööd seostatakse eelkõige elektripinge ja -voolu mõistega.
Elektrivälja poolt tehtav töö on elektripinge ja juhti läbiva laengu korrutis.
See väide tuleneb elektripinge suhtest.
Elektripinge on töö, mida elektriväli teeb elektrilaengu q ülekandmiseks.
Laeng on voolu ja aja korrutis, mille jooksul see laeng läbi juhi voolab.
See väide tuleneb praeguse tugevuse suhtest.
Voolutugevus on laengu ja aja suhe, mille jooksul laeng läbi juhi ristlõike läbib.
Töö määratlemise valemisse asendus , saame avaldise elektrivoolu töö arvutamiseks, elektrivälja töö elektrilaengu liikumisel.
Töö - 1 džaul või 1 J;
Pinge - 1 V või 1 V;
Voolutugevus - 1 Amper või 1 A;
Aeg - 1 sekund või 1 s.
Definitsioon
Elektrivoolu töö on võrdne voolutugevuse korrutisega vooluahela sektsioonis, selle sektsiooni otstes oleva pinge ja aja, mille jooksul vool läbib juhi, korrutisega.
Elektrivoolu töö on seotud seadmetega, mis võimaldavad nende suuruste väärtusi määrata.
Pinge määrab seade nimega voltmeeter. Ja voolutugevuse mõõtmiseks nad kasutavad ampermeeter(joonis 1).
Riis. 1. Voltmeetri ja ampermeetri kujutised
Ühendades need kaks seadet elektriahelaga, jälgides nende seadmete näitu, määrates kindlaks aja, mille jooksul mõõtmised tehakse, määrame kindlaks elektrivoolu töö väärtuse. .
Pange tähele, et meie tasu elektri eest on makse spetsiaalselt elektrivoolu toimimise eest. Elektrivoolu toime on sama tegevus, mida kasutatakse tehnikas, näiteks kütteseadmetes, igapäevaelus kasutatavates seadmetes (telerid, raadiod jne).
Tööd mõõdetakse ampermeetri ja voltmeetriga, kuid sellegipoolest on olemas eraldi seade, mis on kohe võimeline mõõtma elektrivoolu tööd
Järgmises tunnis tutvustame võimu mõistet.
Viited
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Koževnikov V.B. / Toim. Orlova V.A., Roizena I.I. Füüsika 8. - M.: Mnemosüün.
- Peryshkin A.V. Füüsika 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Füüsika 8. - M.: Valgustus.
- Stoom.ru ().
- Physics.ru ().
- Class-fizika.narod.ru ().
Kodutöö
- Lk 50, küsimused 1-4, lk 119, ülesanne 24 (1). Peryshkin A.V. Füüsika 8. - M.: Bustard, 2010.
- Läbi reostaadi, mille takistus on 5 oomi, voolab vool 0,5 A On vaja kindlaks teha, kui palju tööd vool 4 tunni jooksul (14 400 sek.) annab.
- Milliste instrumentidega saab mõõta elektrivälja tööd?
Igaühel meist on kodus arvesti, mille järgi maksame igakuiselt elektri eest. Maksame teatud arvu kilovatt-tundide eest. Mis need kilovatttunnid on? Mille eest me täpselt maksame? Arutame välja :)
Kasutame elektrit kindlatel eesmärkidel. Elektrivool teeb oma tööd ja selle tulemusena meie elektriseadmed toimivad. Mis on elektrivoolu töö? On teada, et voolu poolt elektrilaengu liigutamiseks vooluahela teatud lõigul tehtav töö on arvuliselt võrdne sellel lõigul oleva pingega. Kui laeng erineb näiteks suuremas suunas, siis tehakse vastavalt rohkem tööd.
Praegune töö vooluringi lõigul: valem
Niisiis jõuame järeldusele, et vooluga tehtud töö on võrdne elektriahela lõigu pinge ja laengu korrutisega. Laengu, nagu teada, saab leida voolutugevuse ja voolu läbimise aja korrutamisel. Niisiis, saame voolu töö määramise valemi:
A=Uq , q=It , saame A=UIt ;
kus A on töö, U on pinge, I on vool, q on laeng, t on aeg.
Praegust tööd mõõdetakse džaulides (1 J). 1 J = 1 V * 1 A * 1 s. See tähendab, et vooluga tehtud töö mõõtmiseks vajame kolme instrumenti: ampermeetrit, voltmeetrit ja kella. Korteritesse paigaldatavad elektriarvestid näivad ühendavat kõik eelnimetatud seadmed ühte. Nad mõõdavad vooluga tehtud tööd. Voolu töö meie korteris on energia, mille see kulutas kõikidele korteri võrku ühendatud seadmetele. Selle eest me maksame. Maksame aga mitte džaulides, vaid kilovatt-tundides. Kust need üksused tulevad?
Elektrivoolu võimsus
Selle probleemi mõistmiseks peame kaaluma veel ühte mõistet - elektrivoolu võimsust. Vooluvõimsus on töö, mida voolu teeb ajaühikus. See tähendab, et jõudu saab leida töö ajaga jagades. Ja töö, nagu me juba teame, on voolu, pinge ja aja korrutis. Seega aeg väheneb ja saame voolu ja pinge korrutise. Praeguse võimsuse jaoks on valem järgmine:
P=A/t , A=UIt , saame P=UIt/t , ehk P=UI ;
kus P on praegune võimsus. Võimsust mõõdetakse vattides (1 W). Kasutatakse mitut kogust – kilovatti, megavatti.
Elektrivoolu töö ja võimsus on omavahel tihedalt seotud. Tegelikult on töö praegune jõud igal ajahetkel, mis on võetud teatud aja jooksul. Seetõttu mõõdavad arvestid korterites praegust tööd mitte džaulides, vaid kilovatt-tundides. Lihtsalt 1 vatt on väga vähe võimsust ja kui me maksaksime vattide-sekundi eest, maksaksime kümnete ja sadade tuhandete selliste ühikute eest. Arvutuste lihtsustamiseks võeti kasutusele ühik "kilovatt-tund".
Elektrivoolu töö- energiahulga mõõt.
Elektrivooluga õigeaegselt tehtud tööd t teadaoleval pingel U JA voolutugevus I võrdne pinge ja voolu ning selle kestuse korrutisega. A=UIt
Tööd mõõdetakse džaulides ( 1J=1V A s ).
1 J on elektrivoolu ja jõu abil tehtud töö 1 A pinge all U=1 IN jaoks 1c .
Töö tegemise kiirust iseloomustab võimsus.
Võimsus R nimetatakse töösse suhtumiseks A teatud perioodile t mille eest see pandi. Seega elektriahelas:
Võimsust mõõdetakse vattides ( 1 W = 1 J/s ). 1 vatt on võimsus, mille juures 1 s tööd tehakse sisse 1 J.
Voolu termiline mõju.
Juhul, kui juht on liikumatu ja selles ei toimu keemilisi muutusi, kulub voolu töö juhi siseenergia suurendamisele, mille tulemusena juht kuumeneb. Sel juhul määratakse eralduva soojushulk Joule-Lenzi seaduse järgi.
Joule-Lenzi seadus.
Juhis alalisvoolu läbimisel vabanev soojushulk on otseselt võrdeline voolutugevuse, juhi takistuse ja voolu läbimise ajaga.
Q = I 2 Rt, J
Need. tekkiv soojushulk võrdub antud juhi poolt vastuvõetud elektrienergia hulgaga, kui vool seda läbib.
Iga juht võib ilma ülekuumenemiseta läbida teatud tugevusega voolu. Praeguse koormuse määramiseks kasutage kontseptsiooni voolutihedus: see on vool 1 mm 2 juhi ristlõikepinna kohta.J= .
Looduses ja tehnoloogias toimuvad pidevalt energia muundamise protsessid ühest tüübist teise (joonis 1.22). Elektrienergiaallikates muundatakse erinevat tüüpi energiat elektrienergiaks.
Näiteks:
· elektrigeneraatorites 1 Kui mingi mehhanismi abil pöörlema panna, muundatakse mehaaniline energia elektrienergiaks;
· termogeneraatorites 2 - termiline;
· patareides 9 nende tühjenemise ja galvaaniliste elementide ajal 10 - keemiline;
· fotoelementides 11 - särav.
Elektrienergia vastuvõtjad, vastupidi, muudavad elektrienergia teist tüüpi energiaks.
Näiteks:
elektrimootorites 3 elektrienergia muudetakse mehaaniliseks energiaks;
elektrikütteseadmetes 5 – termilises;
· elektrolüütvannides 8 ja patareid 7 kui need on laetud - keemiliseks;
elektrilampides 6 – kiirgav ja termiline;
· antennides 4 raadiosaatjad - kiirgavasse.
Joonis 1.22. Energia muundamise viisid ühest tüübist teise
Turvaküsimused
1. Nimetage näiteid energia muundamisest ühest tüübist teise.
2. Defineeri võimsus.
3. Millist tööd teeb elektrivool teatud aja jooksul teadaoleva pinge ja voolu juures?
4. Mis on elektrienergia ühik?
Elektrienergia. Looduses ja tehnoloogias toimuvad pidevalt energia muundamise protsessid ühest tüübist teise (joonis 30). Elektrienergiaallikates muundatakse erinevat tüüpi energiat elektrienergiaks. Näiteks elektrigeneraatorites 1, mida juhib mingi mehhanism, muundatakse mehaaniline energia elektrienergiaks, termogeneraatorites 2 - termiliseks, akudes 9, kui need on tühjenenud, ja galvaanilistes elementides 10 - keemilised, fotoelementides 11 - kiirgusenergiaks.
Elektrienergia vastuvõtjad, vastupidi, muundavad elektrienergiat muud tüüpi energiaks - soojuslikuks, mehaaniliseks, keemiliseks, kiirgusenergiaks jne. Näiteks elektrimootorites 3 muundatakse elektrienergia mehaaniliseks energiaks, elektrikütteseadmetes 5 soojusenergiaks. energiat, elektrolüütvannides 8 ja akudes 7 nende laadimisel - keemiliseks, elektrilampides 6 - kiirgus- ja termiliseks, 4 raadiosaatja antennides - kiirgavasse.
Energia mõõt on töö. Töö W, mida elektrivool aja jooksul t teadaoleva pinge U ja voolu I juures teeb, võrdub pinge ja voolu ning selle toime kestuse korrutisega:
W=UIt (29)
Elektrienergia ühikuks võetakse 1 A pingega 1 V 1 sekundi jooksul tehtud tööd. Seda ühikut nimetatakse džauliks (J). Džaul, mida nimetatakse ka vatt-sekundiks (W*s), on väga väike mõõtühik, mistõttu praktikas kasutatakse elektrienergia mõõtmiseks suuremaid ühikuid – vatt-tund (1 Wh = 3600 J), kilovatt- tund (1 kW*h = 1000 W*h = 3,6*10 6 J), megavatt-tund (1 MW*h=1000 kW*h=3,6*10 9 J).
Elektrienergia. Vastuvõtja poolt vastuvõetud või vooluallika poolt 1 s jooksul tarnitud energiat nimetatakse võimsuseks. Võimsus P U ja I konstantsete väärtuste juures võrdub pinge U ja voolu I korrutisega:
P=UI(30)
Kasutades Ohmi seadust voolu ja pinge määramiseks takistuse R ja juhtivuse G funktsioonina, saab võimsuse kohta muid avaldisi saada. Kui asendame valemis (30) pinge U=IR või voolu I=U/R=UG, saame
P = I 2 R (31)
P = U 2 /R = U 2 G (32)
Seetõttu võrdub elektrivõimsus voolu ja takistuse ruuduga või pinge ruuduga, mis on jagatud takistusega, või pinge ruuduga, mis on korrutatud juhtivusega.
Võimsus, mis tekib vooluga 1 A pingel 1 V, võetakse võimsusühikuks ja seda nimetatakse vatiks (W). Tehnikas mõõdetakse võimsust suuremates ühikutes: kilovattides (1 kW = 1000 W) ja megavattides (1 MW = 1 000 000 W).
Energiakaod ja efektiivsus. Elektrienergia muundamisel muudeks energialiikideks või vastupidi, ei muudeta kogu energiat vajalikuks energiatüübiks (kaotatakse) ebaproduktiivselt, et ületada hõõrdumine masina laagrites, küttejuhtmetes jne. kaotused on vältimatud igas masinas ja mistahes seadmes.
Elektrienergia allika või vastuvõtja poolt tarnitud võimsuse ja vastuvõetava võimsuse suhet nimetatakse allika või vastuvõtja efektiivsuseks. Tõhusus (efektiivsus)
? = P 2 /P 1 = P 2 / (P 2 + ?P) (33)
P 2 - väljund (kasulik) võimsus;
P 1 - vastuvõetud võimsus;
?P - võimsuskadu.
Tõhusus on alati väiksem kui ühtsus, kuna igas masinas ja seadmes on energiakadusid. Mõnikord väljendatakse efektiivsust protsentides. Seega on elektri- ja diiselvedurite veomootorite kasutegur 86-92%, võimsad trafod - 96-98%, veoalajaamad - 94-96%, elektrifitseeritud raudteede kontaktvõrgud - umbes 90%, diiselvedurite generaatorid - 92 - 94%.
Vaatleme näiteks energia jaotust elektriahelas (joonis 31). Seda vooluahelat toitev generaator 1 saab peamootorilt 2 (näiteks diiselmootorilt) mehaanilist võimsust P mx = 28,9 kW ja elektrienergiat Pel = 26 kW (2,9 kW on generaatori võimsuskadu). Seetõttu on sellel tõhusus?
geen = R el / R mx = 26/28,9 = 0,9.
Generaatori poolt antav võimsus R el = 26 kW kulub elektrilampide toiteks (6 kW), elektripliitide kütmiseks (7,2 kW) ja elektrimootori toiteks (10,8 kW). Osa võimsusest P pr = 2 kW läheb kaotsi generaatorit tarbijatega ühendavate juhtmete kasutule soojendamisele.
