Kerja arus di bawah pengaruh daya elektrik. Definisi kerja arus elektrik

Arus elektrik itu sendiri tidak diperlukan. Bukan arus itu sendiri yang penting, tetapi kesannya.

Tindakan arus elektrik dicirikan oleh kerja arus elektrik.

Kerja ialah kuantiti yang mencirikan perubahan tenaga daripada satu jenis kepada jenis yang lain.

Sebagai contoh, terdapat tenaga kinetik, tetapi ia menjadi tenaga berpotensi, iaitu badan berada dalam keadaan bergerak, kemudian ia berhenti, naik ke ketinggian tertentu.

Bagi arus elektrik, kita sudah mengetahui tentang pergerakan cas elektrik di sepanjang konduktor dan pergerakan ini berlaku di bawah pengaruh medan elektrik, iaitu, kerja dilakukan oleh medan elektrik. Dan kerja dalam kes ini menunjukkan bagaimana tenaga satu jenis, contohnya, tenaga arus elektrik, akan ditukar kepada jenis tenaga lain - mekanikal, haba, dll.

Kerja arus elektrik dikaitkan terutamanya dengan konsep voltan dan arus elektrik.

Kerja yang dilakukan oleh medan elektrik adalah hasil daripada voltan elektrik dan cas yang mengalir melalui konduktor.

Pernyataan ini diperoleh daripada hubungan untuk voltan elektrik.

Voltan elektrik ialah kerja yang dilakukan oleh medan elektrik untuk memindahkan cas elektrik q.

Cas ialah hasil darab arus dan masa semasa cas ini mengalir melalui konduktor.

Kenyataan ini berikutan daripada hubungan untuk kekuatan semasa.

Arus ialah nisbah cas kepada masa semasa cas mengalir melalui konduktor melalui keratan rentas konduktor.

Menggantikan ke dalam formula untuk mentakrifkan kerja , kita memperoleh ungkapan untuk mengira kerja arus elektrik, kerja medan elektrik pada pergerakan cas elektrik.

Kerja - 1 Joule atau 1 J;

Voltan - 1 Volt atau 1 V;

Kekuatan semasa - 1 Ampere atau 1 A;

Masa - 1 saat atau 1 s.

Definisi

Kerja arus elektrik adalah sama dengan produk kekuatan semasa dalam bahagian litar, voltan pada hujung bahagian ini dan masa semasa arus mengalir melalui konduktor.

Operasi arus elektrik dikaitkan dengan peranti yang memungkinkan untuk menentukan nilai kuantiti ini.

Voltan ditentukan oleh peranti yang dipanggil voltmeter. Dan untuk mengukur kekuatan semasa yang mereka gunakan ammeter(Rajah 1).

nasi. 1. Imej voltmeter dan ammeter

Dengan menyambungkan kedua-dua peranti ini ke litar elektrik, memerhatikan bacaan peranti ini, menentukan masa semasa pengukuran diambil, kami menentukan nilai kerja arus elektrik. .

Sila ambil perhatian bahawa pembayaran yang kami buat untuk elektrik adalah bayaran khusus untuk pengendalian arus elektrik. Tindakan arus elektrik adalah tindakan yang sama yang digunakan dalam teknologi, seperti peranti pemanasan, peranti yang digunakan dalam kehidupan seharian (TV, radio, dll.).

Kerja diukur menggunakan ammeter dan voltmeter, tetapi, bagaimanapun, terdapat peranti berasingan yang segera mampu mengukur kerja arus elektrik

Dalam pelajaran seterusnya kita akan memperkenalkan konsep kuasa.

Bibliografi

Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizik 8. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizik 8. - M.: Makrifat.

Stoom.ru ().
Physics.ru ().
Class-fizika.narod.ru ().

Kerja rumah

P. 50, soalan 1-4, ms 119, tugasan 24 (1). Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
Arus 0.5 A mengalir melalui reostat dengan rintangan 5 Ohm. Adalah perlu untuk menentukan berapa banyak kerja yang akan dihasilkan oleh arus dalam masa 4 jam (14,400 saat).
Apakah instrumen yang boleh digunakan untuk mengukur kerja medan elektrik?

Bagaimana untuk mengira kerja yang dilakukan oleh arus elektrik? Kita sudah tahu bahawa voltan di hujung bahagian litar adalah sama secara berangka dengan kerja yang dilakukan apabila cas elektrik 1 C melalui bahagian ini. Apabila cas elektrik yang melalui kawasan yang sama bukan 1 C, tetapi, sebagai contoh, 5 C, kerja yang dilakukan akan menjadi 5 kali lebih besar. Oleh itu, untuk menentukan kerja arus elektrik pada mana-mana bahagian litar, adalah perlu untuk mendarabkan voltan di hujung bahagian litar ini dengan cas elektrik (jumlah elektrik) yang melaluinya:

di mana A ialah kerja, U ialah voltan, q ialah cas elektrik. Caj elektrik yang melalui bahagian litar boleh ditentukan dengan mengukur kekuatan arus dan masa ia berlalu:

Menggunakan hubungan ini, kami memperoleh formula untuk kerja arus elektrik, yang mudah digunakan dalam pengiraan:

Kerja arus elektrik pada bahagian litar adalah sama dengan hasil voltan pada hujung bahagian ini dengan kekuatan arus dan masa semasa kerja itu dilakukan.

Kerja diukur dalam joule, voltan dalam volt, arus dalam ampere dan masa dalam saat, jadi kita boleh menulis:

1 joule = 1 volt x 1 ampere x 1 saat,

1 J = 1 VA s.

Ternyata untuk mengukur kerja arus elektrik, tiga instrumen diperlukan: voltmeter, ammeter dan jam. Dalam amalan, kerja arus elektrik diukur dengan instrumen khas - kaunter. Reka bentuk meter seolah-olah menggabungkan tiga peranti yang disebutkan di atas. Meter elektrik kini boleh dilihat di hampir setiap apartmen.

Contoh. Berapakah kerja yang dilakukan oleh motor elektrik dalam 1 jam jika arus dalam litar motor elektrik ialah 5 A dan voltan pada terminalnya ialah 220 V? Kecekapan enjin 80%.

Mari kita tuliskan keadaan masalah dan selesaikannya.

Soalan

Apakah voltan elektrik merentasi bahagian litar?
Bagaimanakah kita boleh menyatakan kerja arus elektrik dalam bahagian ini melalui voltan dan cas elektrik yang melalui bahagian litar?
Bagaimana untuk menyatakan kerja arus dari segi voltan, arus dan masa?
Apakah instrumen mengukur kerja arus elektrik?

Latihan 34

Berapakah kerja yang dilakukan oleh arus elektrik dalam motor elektrik dalam masa 30 minit jika arus dalam litar ialah 0.5 A dan voltan pada terminal motor ialah 12 V?
Voltan pada lingkaran mentol lampu dari lampu suluh ialah 3.5 V, rintangan lingkaran ialah 14 Ohm. Berapakah kerja yang dilakukan oleh arus dalam mentol dalam masa 5 minit?
Dua konduktor, setiap satu dengan rintangan 5 ohm, disambungkan terlebih dahulu secara bersiri dan kemudian secara selari, dan dalam kedua-dua kes ia disambungkan kepada voltan 4.5 V. Dalam kes ini, kerja yang dilakukan oleh arus akan lebih besar untuk yang sama. masa dan berapa kali?

Apabila melalui litar, arus elektrik berfungsi, manakala tenaga elektrik sumber arus ditukar kepada jenis tenaga lain (mekanikal, haba, cahaya, dll.). Kerja arus elektrik dinyatakan secara matematik sebagai hasil darab voltan, kekuatan arus dan masa tindakan.

Kerja A arus elektrik pada bahagian litar dengan rintangan elektrik R semasa ∆t adalah sama dengan:

A = IU t = I2 R t

Kerja diukur dalam watt-saat, watt-jam atau kilowatt-jam. Diterima sebagai unit kerja joule, atau watt-saat, i.e. kerja yang dilakukan oleh arus 1 ampere pada voltan 1 volt dalam 1 saat.

Kuasa ialah kerja yang dilakukan oleh arus per unit masa.

Kuasa arus elektrik dinyatakan secara matematik oleh nisbah kerja arus A Dalam masa ∆t . yang mana kerja ini telah disiapkan:

di mana,

Laluan arus melalui konduktor sentiasa disertai oleh sekurang-kurangnya satu daripada fenomena khas - tindakan semasa. Terdapat tiga kesan arus yang diketahui: kimia, magnet dan haba.

Kerja dan kuasa arus elektrik

Dalam setiap litar tertutup, transformasi tenaga berganda semestinya berlaku. Dalam sumber semasa, beberapa tenaga diubah suai (contohnya, dalam penjana - mekanikal) kepada tenaga elektrik, dan dalam litar semasa ia sekali lagi ditukar kepada jumlah tenaga yang setara dengan jenis yang berbeza. Ukuran penukaran elektrik kepada mana-mana jenis tenaga lain dalam litar semasa ialah jumlah kerja yang dilakukan oleh arus.

Tetapi kita faham bahawa kerja dan kuasa arus elektrik adalah kerja kuasa medan elektrik yang bergerak; oleh itu mudah untuk dikira.

Kerja memindahkan cas elektrik dalam medan elektrik dianggarkan dengan mendarabkan magnitud cas yang dipindahkan dengan magnitud beza keupayaan antara titik pada permulaan dan akhir pemindahan, i.e. mengikut nilai voltan:

Jelas sekali, hubungan ini juga boleh digunakan untuk menilai konsep seperti kerja dan kuasa arus elektrik. Kita boleh menilai jumlah cas yang mengalir dalam litar dengan arus yang mengalir dalam litar dan masa ia mengalir, kerana q = Ia.

Dengan menggunakan hubungan ini, kami memperoleh formula yang menyatakan jumlah kerja yang dilakukan oleh arus pada bahagian berasingan litar yang mempunyai voltan U:

Kerja dan kuasa arus elektrik diukur seperti berikut: jika anda mengukur arus dalam ampere, masa operasi dalam saat, dan voltan dalam volt, maka kerja diukur dalam joule (J).

Jadi 1 joule = 1 ampere x 1 volt x 1 saat.

Kuasa diukur dalam watt (W):

1 watt = 1 joule/1 saat, atau 1 watt = 1 volt x 1 ampere.

Persoalan mengira jumlah kerja yang dilakukan oleh arus di kawasan ini sama sekali tidak berkaitan dengan persoalan jenis tenaga yang akan bertukar menjadi tenaga elektrik di kawasan ini. Kerja ini adalah ukuran tenaga elektrik yang ditukar kepada bentuk lain.

Arus elektrik, semasa melakukan kerja, boleh memanaskan filamen lampu elektrik, mencairkan logam, memutarkan angker motor elektrik, menyebabkan perubahan kimia, dsb. Dalam semua kes, kerja dan kuasa arus elektrik menentukan tahap penukaran elektrik ke dalam bentuk lain - tenaga mekanikal, tenaga gerakan haba, dll.

Mengetahui bahawa kuasa P = A/t, kita boleh mendapatkan formula yang boleh digunakan untuk mengira kuasa semasa dalam bahagian berasingan litar:

Kerja dan kuasa arus terus boleh dikira menggunakan formula ini, serta menggunakan ammeter dan voltmeter. Dalam amalan, kerja medan elektrik diukur dengan peranti khas - satu meter. Melepasi meter, cakera aluminium ringan di dalamnya mula berputar, dan kelajuan putarannya akan berkadar terus dengan arus dan voltan. Bilangan revolusi yang dibuat dalam masa tertentu akan membantu membuat kesimpulan tentang kerja yang dilakukan pada masa ini. Meter elektrik boleh dilihat di setiap pangsapuri.

Kuasa semasa diukur menggunakan peranti khas - wattmeter. Reka bentuk peranti ini menggabungkan prinsip voltmeter dan ammeter.

Banyak peralatan elektrik dan peranti teknikal menunjukkan kuasa mereka. Sebagai contoh, kuasa mentol lampu pijar boleh menjadi 25 W, 75 W, dsb., kuasa pembersih vakum atau seterika adalah kira-kira 1000 W, kuasa motor elektrik boleh mencapai nilai yang sangat tinggi - sehingga beberapa ribu kilowatt. Ini merujuk kepada kuasa arus yang melalui peranti tertentu.

Kerja dan kuasa AC dikira secara berbeza. Jadi, untuk mengira kerja yang dilakukan dengan arus ulang alik dalam tempoh masa tertentu, anda boleh menggunakan formula:

P = 1/2I₀U₀ cos φ. Selalunya formula ini ditulis dalam bentuk berikut: P = IU cos φ, di mana I dan U ialah nilai voltan dan arus, iaitu 2 kali kurang daripada nilai amplitud yang sepadan.

Formula untuk mengira kuasa AC adalah sama seperti untuk DC.

Unit tenaga dan kerja:

1 watt-saat = 1 J 1 watt-jam = 3600 J;

1 hektowatt-jam = 360,000 J;

1 kilowatt jam = 3600000J.

Unit kuasa:

1 ampere-volt = 1 W;

1 hektowatt = 100 W;

/ Elektrik

Elektrik

Pertama sekali, adalah wajar mengetahui apa itu arus elektrik. Arus elektrik ialah pergerakan tertib zarah bercas dalam konduktor. Agar ia timbul, medan elektrik mesti dibuat terlebih dahulu, di bawah pengaruh zarah bercas yang disebutkan di atas akan mula bergerak.

Pengetahuan pertama tentang elektrik, berabad-abad yang lalu, berkaitan dengan "cas" elektrik yang dihasilkan melalui geseran. Sudah pada zaman dahulu, orang tahu bahawa ambar, disapu dengan bulu, memperoleh keupayaan untuk menarik objek ringan. Tetapi hanya pada akhir abad ke-16, doktor Inggeris Gilbert mengkaji fenomena ini secara terperinci dan mendapati bahawa banyak bahan lain mempunyai sifat yang sama. Badan yang, seperti ambar, selepas digosok, boleh menarik objek ringan, dia dipanggil elektrik. Perkataan ini berasal dari elektron Yunani - "ambar". Pada masa ini, kami mengatakan bahawa badan di negeri ini mempunyai cas elektrik, dan badan itu sendiri dipanggil "dicas."

Caj elektrik sentiasa timbul apabila bahan yang berbeza bersentuhan rapat. Jika mayat adalah pepejal, maka hubungan rapat mereka dihalang oleh tonjolan mikroskopik dan penyelewengan yang terdapat pada permukaannya. Dengan memerah badan sedemikian dan menggosoknya antara satu sama lain, kami menyatukan permukaannya, yang tanpa tekanan hanya akan menyentuh pada beberapa titik. Dalam sesetengah badan, cas elektrik boleh bergerak bebas di antara bahagian yang berbeza, tetapi pada yang lain ini adalah mustahil. Dalam kes pertama, badan dipanggil "konduktor", dan dalam kes kedua - "dielektrik, atau penebat". Konduktor ialah semua logam, larutan akueus bagi garam dan asid, dsb. Contoh penebat ialah ambar, kuarza, ebonit dan semua gas yang terdapat dalam keadaan normal.

Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa pembahagian badan kepada konduktor dan dielektrik adalah sangat sewenang-wenangnya. Semua bahan menghantar elektrik ke tahap yang lebih besar atau lebih kecil. Caj elektrik adalah positif dan negatif. Arus seperti ini tidak akan bertahan lama, kerana badan elektrik akan kehabisan cas. Untuk kewujudan berterusan arus elektrik dalam konduktor, adalah perlu untuk mengekalkan medan elektrik. Untuk tujuan ini, sumber arus elektrik digunakan. Kes paling mudah berlakunya arus elektrik ialah apabila satu hujung wayar disambungkan ke badan elektrik, dan satu lagi ke tanah.

Litar elektrik yang membekalkan arus kepada mentol lampu dan motor elektrik tidak muncul sehingga penciptaan bateri, yang bermula sejak sekitar 1800. Selepas ini, perkembangan doktrin elektrik berjalan begitu pantas sehingga dalam masa kurang dari satu abad ia menjadi bukan hanya sebahagian daripada fizik, tetapi membentuk asas tamadun elektrik baru.

Kuantiti asas arus elektrik

Jumlah elektrik dan arus. Kesan arus elektrik boleh kuat atau lemah. Kekuatan arus elektrik bergantung kepada jumlah cas yang mengalir melalui litar dalam unit masa tertentu. Semakin banyak elektron yang berpindah dari satu kutub sumber ke yang lain, semakin besar jumlah cas yang dipindahkan oleh elektron. Caj bersih ini dipanggil jumlah elektrik yang melalui konduktor.

Khususnya, kesan kimia arus elektrik bergantung kepada jumlah elektrik, iaitu, lebih besar cas yang dilalui melalui larutan elektrolit, lebih banyak bahan akan dimendapkan pada katod dan anod. Dalam hal ini, jumlah elektrik boleh dikira dengan menimbang jisim bahan yang didepositkan pada elektrod dan mengetahui jisim dan cas satu ion bahan ini.

Kekuatan semasa ialah kuantiti yang sama dengan nisbah cas elektrik yang melalui keratan rentas konduktor kepada masa ia mengalir. Unit cas ialah coulomb (C), masa diukur dalam saat (s). Dalam kes ini, unit arus dinyatakan dalam C/s. Unit ini dipanggil ampere (A). Untuk mengukur arus dalam litar, alat pengukur elektrik yang dipanggil ammeter digunakan. Untuk dimasukkan ke dalam litar, ammeter dilengkapi dengan dua terminal. Ia disambung secara bersiri ke litar.

Voltan elektrik. Kita sedia maklum bahawa arus elektrik ialah pergerakan tertib zarah bercas - elektron. Pergerakan ini dibuat menggunakan medan elektrik, yang melakukan sejumlah kerja. Fenomena ini dipanggil kerja arus elektrik. Untuk menggerakkan lebih banyak cas melalui litar elektrik dalam 1 saat, medan elektrik mesti melakukan lebih banyak kerja. Berdasarkan ini, ternyata kerja arus elektrik harus bergantung pada kekuatan arus. Tetapi ada satu lagi nilai yang bergantung kepada kerja arus. Kuantiti ini dipanggil voltan.

Voltan ialah nisbah kerja yang dilakukan oleh arus dalam bahagian tertentu litar elektrik kepada cas yang mengalir melalui bahagian litar yang sama. Kerja semasa diukur dalam joule (J), cas - dalam coulomb (C). Dalam hal ini, unit ukuran untuk voltan akan menjadi 1 J/C. Unit ini dipanggil volt (V).

Agar voltan timbul dalam litar elektrik, sumber arus diperlukan. Apabila litar dibuka, voltan hanya terdapat pada terminal sumber arus. Jika punca arus ini dimasukkan ke dalam litar, voltan juga akan timbul dalam bahagian individu litar. Dalam hal ini, arus akan muncul dalam litar. Iaitu, kita boleh secara ringkas mengatakan perkara berikut: jika tiada voltan dalam litar, tiada arus. Untuk mengukur voltan, alat pengukur elektrik yang dipanggil voltmeter digunakan. Dalam penampilannya, ia menyerupai ammeter yang disebutkan sebelum ini, dengan satu-satunya perbezaan ialah huruf V ditulis pada skala voltmeter (bukannya A pada ammeter). Voltmeter mempunyai dua terminal, dengan bantuannya ia disambungkan selari dengan litar elektrik.

Rintangan elektrik. Selepas menyambungkan pelbagai konduktor dan ammeter ke litar elektrik, anda boleh perhatikan bahawa apabila menggunakan konduktor yang berbeza, ammeter memberikan bacaan yang berbeza, iaitu dalam kes ini, kekuatan semasa yang terdapat dalam litar elektrik adalah berbeza. Fenomena ini boleh dijelaskan oleh fakta bahawa konduktor yang berbeza mempunyai rintangan elektrik yang berbeza, yang merupakan kuantiti fizikal. Ia dinamakan Ohm sebagai penghormatan kepada ahli fizik Jerman. Sebagai peraturan, unit yang lebih besar digunakan dalam fizik: kilo-ohm, mega-ohm, dll. Rintangan konduktor biasanya dilambangkan dengan huruf R, panjang konduktor ialah L, dan luas keratan rentas ialah S Dalam kes ini, rintangan boleh ditulis sebagai formula:

di mana pekali p dipanggil kerintangan. Pekali ini menyatakan rintangan konduktor 1 m panjang dengan luas keratan rentas sama dengan 1 m2. Rintangan khusus dinyatakan dalam Ohms x m. Oleh kerana wayar, sebagai peraturan, mempunyai keratan rentas yang agak kecil, kawasannya biasanya dinyatakan dalam milimeter persegi. Dalam kes ini, unit kerintangan ialah Ohm x mm2/m. Dalam jadual di bawah. Rajah 1 menunjukkan kerintangan beberapa bahan.

Jadual 1. Kerintangan elektrik bagi sesetengah bahan
bahan	p, Ohm x m2/m	bahan	p, Ohm x m2/m
		Aloi platinum-iridium




Logam atau aloi
		Mangan (aloi)
aluminium		Constantan (aloi)
Tungsten
		Nichrome (aloi)
Nickelin (aloi)		Fechral (aloi)
Nickelin (aloi)		Chromel (aloi)

Mengikut jadual. 1 menjadi jelas bahawa tembaga mempunyai kerintangan elektrik yang paling rendah, dan aloi logam mempunyai yang paling tinggi. Di samping itu, dielektrik (penebat) mempunyai kerintangan yang tinggi.

Kapasiti elektrik. Kita sedia maklum bahawa dua konduktor yang diasingkan antara satu sama lain boleh mengumpul cas elektrik. Fenomena ini dicirikan oleh kuantiti fizikal yang dipanggil kemuatan elektrik. Kapasiti elektrik dua konduktor adalah tidak lebih daripada nisbah cas salah satu daripadanya kepada beza potensi antara konduktor ini dan yang bersebelahan. Semakin rendah voltan apabila konduktor menerima caj, semakin besar kapasitinya. Unit kemuatan elektrik ialah farad (F). Dalam amalan, pecahan unit ini digunakan: mikrofarad (μF) dan picofarad (pF).

Yandex.DirectAll iklanPangsapuri untuk disewa harian Kazan! Pangsapuri dari 1000 gosok. setiap hari. Hotel mini. Melaporkan dokumen16.forguest.ru Pangsapuri untuk disewa setiap hari di Kazan Pangsapuri yang selesa di semua daerah di Kazan. Sewa pangsapuri harian pantas.fatyr.ru Yandex.Browser baharu! Penanda halaman yang mudah dan perlindungan yang boleh dipercayai. Pelayar untuk penyemakan imbas yang menyenangkan di Internet!browser.yandex.ru 0+

Jika anda mengambil dua konduktor yang diasingkan antara satu sama lain dan meletakkannya pada jarak yang dekat antara satu sama lain, anda akan mendapat kapasitor. Kemuatan kapasitor bergantung pada ketebalan platnya dan ketebalan dielektrik dan kebolehtelapannya. Dengan mengurangkan ketebalan dielektrik antara plat kapasitor, kapasitansi kedua boleh meningkat dengan ketara. Pada semua kapasitor, sebagai tambahan kepada kapasitinya, voltan yang mana peranti ini direka bentuk mesti ditunjukkan.

Kerja dan kuasa arus elektrik. Daripada perkara di atas adalah jelas bahawa arus elektrik melakukan beberapa kerja. Apabila menyambungkan motor elektrik, arus elektrik menjadikan semua jenis peralatan berfungsi, menggerakkan kereta api di sepanjang rel, menerangi jalan-jalan, memanaskan rumah, dan juga menghasilkan kesan kimia, iaitu, membolehkan elektrolisis, dll. Kita boleh mengatakan bahawa kerja yang dilakukan oleh arus pada bahagian tertentu litar adalah sama dengan arus produk, voltan dan masa semasa kerja dilakukan. Kerja diukur dalam joule, voltan dalam volt, arus dalam ampere, masa dalam saat. Dalam hal ini, 1 J = 1B x 1A x 1s. Daripada ini ternyata bahawa untuk mengukur kerja arus elektrik, tiga instrumen harus digunakan sekaligus: ammeter, voltmeter dan jam. Tetapi ini menyusahkan dan tidak berkesan. Oleh itu, biasanya, kerja arus elektrik diukur dengan meter elektrik. Peranti ini mengandungi semua peranti di atas.

Kuasa arus elektrik adalah sama dengan nisbah kerja arus kepada masa semasa ia dilakukan. Kuasa ditetapkan oleh huruf "P" dan dinyatakan dalam watt (W). Dalam amalan, kilowatt, megawatt, hektowatt dan lain-lain digunakan. Untuk mengukur kuasa litar, anda perlu mengambil wattmeter. Jurutera elektrik menyatakan kerja arus dalam kilowatt-jam (kWj).

Undang-undang asas arus elektrik

Hukum Ohm. Voltan dan arus dianggap sebagai ciri paling berguna bagi litar elektrik. Salah satu ciri utama penggunaan elektrik ialah pengangkutan tenaga yang cepat dari satu tempat ke tempat lain dan pemindahannya kepada pengguna dalam bentuk yang diperlukan. Hasil darab beza keupayaan dan arus memberikan kuasa, iaitu, jumlah tenaga yang dikeluarkan dalam litar per unit masa. Seperti yang dinyatakan di atas, untuk mengukur kuasa dalam litar elektrik, 3 peranti diperlukan. Adakah mungkin untuk bertahan dengan hanya satu dan mengira kuasa daripada bacaannya dan beberapa ciri litar, seperti rintangannya? Ramai orang menyukai idea ini dan mendapati ia membuahkan hasil.

Jadi apakah rintangan wayar atau litar secara keseluruhan? Adakah wayar, seperti paip air atau paip sistem vakum, mempunyai sifat kekal yang boleh dipanggil rintangan? Sebagai contoh, dalam paip, nisbah perbezaan tekanan menghasilkan aliran dibahagikan dengan kadar aliran biasanya merupakan ciri tetap paip. Begitu juga, aliran haba dalam wayar dikawal oleh hubungan mudah yang melibatkan perbezaan suhu, luas keratan rentas wayar, dan panjangnya. Penemuan hubungan sedemikian untuk litar elektrik adalah hasil carian yang berjaya.

Pada tahun 1820-an, guru sekolah Jerman Georg Ohm adalah orang pertama yang mula mencari hubungan di atas. Pertama sekali, dia berusaha untuk kemasyhuran dan kemasyhuran, yang membolehkannya mengajar di universiti. Itulah sebabnya dia memilih bidang penyelidikan yang menjanjikan kelebihan istimewa.

Om ialah anak kepada seorang mekanik, jadi dia tahu cara melukis dawai logam dengan ketebalan yang berbeza, yang dia perlukan untuk eksperimen. Memandangkan mustahil untuk membeli wayar yang sesuai pada zaman itu, Om membuatnya sendiri. Semasa eksperimennya, dia mencuba panjang yang berbeza, ketebalan yang berbeza, logam yang berbeza dan juga suhu yang berbeza. Dia memvariasikan semua faktor ini satu demi satu. Pada zaman Ohm, bateri masih lemah dan menghasilkan arus yang tidak konsisten. Dalam hal ini, penyelidik menggunakan termokopel sebagai penjana, persimpangan panas yang diletakkan di dalam api. Di samping itu, dia menggunakan ammeter magnetik mentah, dan mengukur perbezaan potensi (Ohm memanggilnya "voltan") dengan menukar suhu atau bilangan simpang terma.

Kajian tentang litar elektrik baru sahaja mula berkembang. Selepas bateri dicipta sekitar tahun 1800, ia mula berkembang dengan lebih pantas. Pelbagai peranti telah direka dan dihasilkan (biasanya menggunakan tangan), undang-undang baru ditemui, konsep dan istilah muncul, dsb. Semua ini membawa kepada pemahaman yang lebih mendalam tentang fenomena dan faktor elektrik.

Mengemas kini pengetahuan tentang elektrik, di satu pihak, menjadi sebab kemunculan bidang fizik baru, sebaliknya, ia menjadi asas kepada perkembangan pesat kejuruteraan elektrik, iaitu bateri, penjana, sistem bekalan kuasa untuk pencahayaan dan pemacu elektrik, relau elektrik, motor elektrik, dsb. telah dicipta , lain-lain.

Penemuan Ohm adalah sangat penting untuk pembangunan kajian elektrik dan untuk pembangunan kejuruteraan elektrik gunaan. Mereka memungkinkan untuk dengan mudah meramalkan sifat litar elektrik untuk arus terus, dan seterusnya untuk arus ulang alik. Pada tahun 1826, Ohm menerbitkan sebuah buku di mana dia menggariskan kesimpulan teori dan keputusan eksperimen. Tetapi harapannya tidak dibenarkan; buku itu disambut dengan ejekan. Ini berlaku kerana kaedah uji kaji mentah kelihatan tidak menarik pada zaman ramai yang berminat dengan falsafah.

Dia tidak mempunyai pilihan selain meninggalkan jawatan mengajarnya. Dia tidak mencapai pelantikan ke universiti atas sebab yang sama. Selama 6 tahun, saintis itu hidup dalam kemiskinan, tanpa keyakinan pada masa depan, mengalami perasaan kekecewaan yang pahit.

Tetapi secara beransur-ansur karyanya mendapat kemasyhuran, pertama di luar Jerman. Om dihormati di luar negara dan mendapat manfaat daripada penyelidikannya. Sehubungan itu, rakan senegaranya terpaksa mengenalinya di tanah airnya. Pada tahun 1849 beliau menerima jawatan profesor di Universiti Munich.

Ohm menemui undang-undang mudah yang mewujudkan hubungan antara arus dan voltan untuk sekeping wayar (untuk sebahagian litar, untuk keseluruhan litar). Di samping itu, dia menyusun peraturan yang membolehkan anda menentukan apa yang akan berubah jika anda mengambil wayar dengan saiz yang berbeza. Hukum Ohm dirumuskan seperti berikut: kekuatan semasa dalam bahagian litar adalah berkadar terus dengan voltan dalam bahagian ini dan berkadar songsang dengan rintangan bahagian.

Undang-undang Joule-Lenz. Arus elektrik di mana-mana bahagian litar melakukan beberapa kerja. Sebagai contoh, mari kita ambil mana-mana bahagian litar di antara hujungnya yang terdapat voltan (U). Mengikut takrifan voltan elektrik, kerja yang dilakukan apabila menggerakkan unit cas antara dua titik adalah sama dengan U. Jika kekuatan semasa dalam bahagian tertentu litar adalah sama dengan i, maka dalam masa t cas ia akan lulus, dan oleh itu kerja arus elektrik dalam bahagian ini ialah:

Ungkapan ini sah untuk arus terus dalam apa jua keadaan, untuk mana-mana bahagian litar, yang mungkin mengandungi konduktor, motor elektrik, dll. Kuasa semasa, iaitu kerja seunit masa, adalah sama dengan:

Formula ini digunakan dalam sistem SI untuk menentukan unit voltan.

Mari kita andaikan bahawa bahagian litar ialah konduktor pegun. Dalam kes ini, semua kerja akan berubah menjadi haba, yang akan dilepaskan dalam konduktor ini. Jika konduktor adalah homogen dan mematuhi hukum Ohm (ini termasuk semua logam dan elektrolit), maka:

di mana r ialah rintangan konduktor. Dalam kes ini:

Undang-undang ini pertama kali disimpulkan secara eksperimen oleh E. Lenz dan, secara bebas daripadanya, oleh Joule.

Perlu diingatkan bahawa konduktor pemanasan mempunyai banyak aplikasi dalam teknologi. Yang paling biasa dan penting di antara mereka ialah lampu lampu pijar.

Hukum Aruhan Elektromagnet. Pada separuh pertama abad ke-19, ahli fizik Inggeris M. Faraday menemui fenomena aruhan magnetik. Fakta ini, setelah menjadi milik ramai penyelidik, memberikan dorongan yang kuat kepada pembangunan kejuruteraan elektrik dan radio.

Semasa menjalankan eksperimen, Faraday mendapati bahawa apabila bilangan garis aruhan magnet yang menembusi permukaan yang dibatasi oleh gelung tertutup berubah, arus elektrik timbul di dalamnya. Ini adalah asas kepada undang-undang fizik yang paling penting - undang-undang aruhan elektromagnet. Arus yang berlaku dalam litar dipanggil aruhan. Disebabkan fakta bahawa arus elektrik timbul dalam litar hanya apabila cas bebas terdedah kepada daya luaran, maka dengan fluks magnet yang berubah-ubah melalui permukaan litar tertutup, daya luaran yang sama ini muncul di dalamnya. Tindakan daya luar dalam fizik dipanggil daya gerak elektrik atau emf teraruh.

Aruhan elektromagnet juga muncul dalam konduktor terbuka. Apabila konduktor melintasi garisan daya magnet, voltan muncul di hujungnya. Sebab kemunculan voltan sedemikian ialah emf teraruh. Jika fluks magnet yang melalui gelung tertutup tidak berubah, tiada arus teraruh muncul.

Menggunakan konsep "emf aruhan," kita boleh bercakap tentang undang-undang aruhan elektromagnet, iaitu, emf aruhan dalam gelung tertutup adalah sama dalam magnitud dengan kadar perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh gelung.

Peraturan Lenz. Seperti yang kita sedia maklum, arus teraruh timbul dalam konduktor. Bergantung pada keadaan penampilannya, ia mempunyai arah yang berbeza. Pada kesempatan ini, ahli fizik Rusia Lenz merumuskan peraturan berikut: arus teraruh yang timbul dalam litar tertutup sentiasa mempunyai arah sedemikian sehingga medan magnet yang diciptanya tidak membenarkan fluks magnet berubah. Semua ini menyebabkan berlakunya arus aruhan.

Arus aruhan, seperti yang lain, mempunyai tenaga. Ini bermakna sekiranya berlaku arus aruhan, tenaga elektrik muncul. Menurut undang-undang pemuliharaan dan transformasi tenaga, tenaga yang disebutkan di atas hanya boleh timbul disebabkan oleh jumlah tenaga beberapa jenis tenaga lain. Oleh itu, peraturan Lenz sepadan sepenuhnya dengan undang-undang pemuliharaan dan transformasi tenaga.

Sebagai tambahan kepada induksi, apa yang dipanggil induksi diri boleh muncul dalam gegelung. Intipatinya adalah seperti berikut. Jika arus timbul dalam gegelung atau kekuatannya berubah, medan magnet yang berubah muncul. Dan jika fluks magnet yang melalui gegelung berubah, maka daya gerak elektrik muncul di dalamnya, yang dipanggil emf induksi diri.

Mengikut peraturan Lenz, emf induktif kendiri apabila menutup litar mengganggu kekuatan semasa dan menghalangnya daripada meningkat. Apabila litar dimatikan, emf induktif kendiri mengurangkan kekuatan semasa. Dalam kes apabila kekuatan semasa dalam gegelung mencapai nilai tertentu, medan magnet berhenti berubah dan emf aruhan sendiri menjadi sifar.

Apakah "kerja elektrik"? Apakah "kerja arus elektrik"?

Kerja dan kuasa arus elektrik. Daripada perkara di atas adalah jelas bahawa arus elektrik melakukan beberapa kerja. Apabila menyambungkan motor elektrik, arus elektrik menjadikan semua jenis peralatan berfungsi, menggerakkan kereta api di sepanjang rel, menerangi jalan-jalan, memanaskan rumah, dan juga menghasilkan kesan kimia, iaitu, membolehkan elektrolisis, dll. Kita boleh mengatakan bahawa kerja yang dilakukan oleh arus pada bahagian tertentu litar adalah sama dengan arus produk, voltan dan masa semasa kerja dilakukan. Kerja diukur dalam joule, voltan dalam volt, arus dalam ampere, masa dalam saat. Dalam hal ini, 1 J = 1B x 1A x 1s. Daripada ini ternyata bahawa untuk mengukur kerja arus elektrik, tiga instrumen harus digunakan sekaligus: ammeter, voltmeter dan jam. Tetapi ini menyusahkan dan tidak berkesan. Oleh itu, biasanya, kerja arus elektrik diukur dengan meter elektrik. Peranti ini mengandungi semua peranti di atas.

Irina Parfiryeva

Kerja yang dilakukan oleh arus elektrik menunjukkan berapa banyak kerja yang dilakukan oleh medan elektrik apabila menggerakkan cas di sepanjang konduktor. Kerja arus elektrik adalah sama dengan produk kekuatan arus dan voltan dan masa arus mengalir dalam litar. Untuk mengambil kira tenaga elektrik yang digunakan, setiap pangsapuri dilengkapi dengan meter elektrik khas, yang menunjukkan kerja arus elektrik dilakukan dalam tempoh masa tertentu apabila pelbagai peralatan elektrik rumah dihidupkan. Meter ini menunjukkan kerja arus elektrik (penggunaan elektrik) dalam "kWj". 1 kW. h = ...W. c = 3,600,000 J

Setiap daripada kami mempunyai meter di rumah, mengikut mana kami membayar elektrik setiap bulan. Kami membayar untuk bilangan kilowatt-jam tertentu. Apakah jam kilowatt ini? Apa sebenarnya yang kita bayar? Mari kita fikirkan :)

Kami menggunakan elektrik untuk tujuan tertentu. Arus elektrik berfungsi, dan akibatnya peralatan elektrik kita berfungsi. Apakah kerja arus elektrik? Adalah diketahui bahawa kerja yang dilakukan oleh arus untuk menggerakkan cas elektrik pada bahagian tertentu litar adalah secara berangka sama dengan voltan pada bahagian ini. Jika caj berbeza, sebagai contoh, ke arah yang lebih besar, maka, dengan itu, lebih banyak kerja akan dilakukan.

Kerja arus pada bahagian litar: formula

Jadi, kita sampai pada kesimpulan bahawa kerja yang dilakukan oleh arus adalah sama dengan hasil voltan dalam bahagian litar elektrik dan jumlah cas. Caj, seperti yang diketahui, boleh didapati dengan mendarab kekuatan semasa dan masa arus berlalu. Jadi, kami mendapat formula untuk menentukan kerja arus:

A=Uq , q=It , kita dapat A=UIt ;

di mana A ialah kerja, U ialah voltan, I ialah arus, q ialah cas, t ialah masa.

Kerja semasa diukur dalam joule (1 J). 1 J = 1 V * 1 A * 1 s. Iaitu, untuk mengukur kerja yang dilakukan oleh arus, kita memerlukan tiga instrumen: ammeter, voltmeter dan jam. Meter elektrik yang dipasang di pangsapuri seolah-olah menggabungkan semua peranti yang disebutkan di atas dalam satu. Mereka mengukur kerja yang dilakukan oleh arus. Kerja arus di apartmen kami adalah tenaga yang dibelanjakan untuk semua peranti yang disambungkan ke rangkaian apartmen. Ini yang kami bayar. Walau bagaimanapun, kami tidak membayar dengan joule, tetapi dengan kilowatt-jam. Dari mana datangnya unit-unit ini?

Kuasa arus elektrik

Untuk memahami isu ini, kita perlu mempertimbangkan satu lagi konsep - kuasa arus elektrik. Kuasa semasa ialah kerja yang dilakukan oleh arus per unit masa. Maksudnya, kuasa boleh didapati dengan membahagikan kerja dengan masa. Dan kerja, seperti yang telah kita ketahui, adalah hasil daripada arus, voltan dan masa. Oleh itu, masa akan dikurangkan, dan kami akan memperoleh hasil darab arus dan voltan. Untuk kuasa semasa, formulanya adalah seperti berikut:

P=A/t , A=UIt , kita dapat P=UIt/t , iaitu P=UI ;

di mana P ialah kuasa semasa. Kuasa diukur dalam watt (1 W). Berbilang kuantiti digunakan - kilowatt, megawatt.

Kerja dan kuasa arus elektrik adalah berkait rapat. Malah, kerja adalah kuasa semasa pada setiap saat masa, diambil dalam tempoh masa tertentu. Itulah sebabnya meter di pangsapuri mengukur kerja semasa bukan dalam joule, tetapi dalam kilowatt-jam. Cuma 1 watt kuasa adalah jumlah kuasa yang sangat kecil, dan jika kita membayar untuk watt-sesaat, kita akan membayar untuk berpuluh-puluh dan ratusan ribu unit tersebut. Untuk memudahkan pengiraan, unit "kilowatt-jam" telah diterima pakai.

Kandungan:

Arus elektrik dijana untuk digunakan pada masa hadapan untuk tujuan tertentu, untuk melakukan beberapa jenis kerja. Terima kasih kepada elektrik, semua peranti, peranti dan peralatan berfungsi. Kerja itu sendiri mewakili usaha tertentu yang digunakan untuk menggerakkan cas elektrik pada jarak yang ditetapkan. Secara konvensional, kerja sedemikian dalam bahagian litar akan sama dengan nilai berangka voltan dalam bahagian ini.

Untuk melakukan pengiraan yang diperlukan, anda perlu tahu bagaimana kerja arus diukur. Semua pengiraan dijalankan berdasarkan data awal yang diperoleh menggunakan alat pengukur. Lebih besar caj, lebih banyak usaha diperlukan untuk mengalihkannya, dan lebih banyak kerja akan dilakukan.

Apakah yang dipanggil kerja arus?

Arus elektrik, sebagai kuantiti fizikal, dengan sendirinya tidak mempunyai kepentingan praktikal. Faktor yang paling penting ialah kesan arus, dicirikan oleh kerja yang dilakukannya. Kerja itu sendiri mewakili tindakan tertentu di mana satu jenis tenaga diubah menjadi yang lain. Sebagai contoh, tenaga elektrik ditukar kepada tenaga mekanikal dengan memutarkan aci motor. Kerja arus elektrik itu sendiri ialah pergerakan cas dalam konduktor di bawah pengaruh medan elektrik. Malah, semua kerja menggerakkan zarah bercas dilakukan oleh medan elektrik.

Untuk melakukan pengiraan, formula untuk pengendalian arus elektrik mesti diperolehi. Untuk menyusun formula, anda memerlukan parameter seperti kekuatan semasa dan. Oleh kerana kerja yang dilakukan oleh arus elektrik dan kerja yang dilakukan oleh medan elektrik adalah perkara yang sama, ia akan dinyatakan sebagai hasil darab voltan dan cas yang mengalir dalam konduktor. Iaitu: A = Uq. Formula ini diperoleh daripada hubungan yang menentukan voltan dalam konduktor: U = A/q. Ia berikutan bahawa voltan mewakili kerja yang dilakukan oleh medan elektrik A untuk mengangkut zarah bercas q.

Zarah atau cas bercas itu sendiri dipaparkan sebagai hasil darab kekuatan semasa dan masa yang dihabiskan untuk pergerakan cas ini di sepanjang konduktor: q = Ia. Dalam formula ini, hubungan untuk kekuatan semasa dalam konduktor digunakan: I = q/t. Iaitu, ia adalah nisbah cas kepada tempoh masa di mana cas itu melalui keratan rentas konduktor. Dalam bentuk terakhirnya, formula untuk kerja arus elektrik akan kelihatan seperti hasil darab kuantiti yang diketahui: A = UIt.

Dalam unit apakah kerja arus elektrik diukur?

Sebelum secara langsung menangani persoalan bagaimana kerja arus elektrik diukur, adalah perlu untuk mengumpul unit pengukuran semua kuantiti fizikal yang mana parameter ini dikira. Sebarang kerja, oleh itu, unit ukuran kuantiti ini ialah 1 Joule (1 J). Voltan diukur dalam volt, arus diukur dalam ampere, dan masa diukur dalam saat. Ini bermakna unit ukuran akan kelihatan seperti ini: 1 J = 1V x 1A x 1s.

Berdasarkan unit ukuran yang diperoleh, kerja arus elektrik akan ditentukan sebagai hasil darab kekuatan arus dalam bahagian litar, voltan di hujung bahagian dan tempoh masa semasa arus mengalir melalui konduktor.

Pengukuran dijalankan menggunakan voltmeter dan jam. Peranti ini membolehkan anda menyelesaikan masalah dengan berkesan tentang cara mencari nilai tepat parameter tertentu. Apabila menyambungkan ammeter dan voltmeter ke litar, adalah perlu untuk memantau bacaan mereka untuk tempoh masa tertentu. Data yang diperoleh dimasukkan ke dalam formula, selepas itu hasil akhir dipaparkan.

Fungsi ketiga-tiga peranti digabungkan dalam meter elektrik yang mengambil kira tenaga yang digunakan, dan sebenarnya kerja yang dilakukan oleh arus elektrik. Di sini unit lain digunakan - 1 kW x h, yang juga bermaksud berapa banyak kerja telah dilakukan dalam satu unit masa.