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.
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?
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 produk 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.
Kerja arus elektrik- ukuran jumlah tenaga.
Kerja yang dilakukan oleh arus elektrik dalam masa t pada voltan yang diketahui U DAN kekuatan semasa saya sama dengan hasil voltan dan arus dan tempohnya. A=UIt
Kerja diukur dalam joule ( 1J=1V A s ).
1 J ialah kerja yang dilakukan oleh arus elektrik dan daya 1 A dalam keadaan tegang U=1 DALAM semasa 1c .
Kelajuan di mana kerja dilakukan dicirikan oleh kuasa.
Kuasa R dipanggil sikap kerja A kepada suatu tempoh masa t yang mana ia dilakukan. Oleh itu, dalam litar elektrik:
Kuasa diukur dalam watt ( 1 W=1 J/s ). 1 Watt adalah kuasa di mana 1 s kerja selesai dalam 1 J.
Kesan haba arus.
Dalam kes apabila konduktor tidak bergerak dan tiada transformasi kimia berlaku di dalamnya, kerja arus dibelanjakan untuk meningkatkan tenaga dalaman konduktor, akibatnya konduktor menjadi panas. Dalam kes ini, jumlah haba yang dibebaskan ditentukan mengikut undang-undang Joule-Lenz.
Undang-undang Joule-Lenz.
Jumlah haba yang dibebaskan dalam konduktor apabila arus terus melaluinya adalah berkadar terus dengan kuasa dua arus, rintangan konduktor dan masa arus berlalu.
Q=I 2 Rt, J
Itu. jumlah haba yang dijana adalah sama dengan jumlah tenaga elektrik yang diterima oleh konduktor tertentu apabila arus melaluinya.
Setiap konduktor boleh melepasi, tanpa terlalu panas, arus dengan kekuatan tertentu. Untuk menentukan beban semasa, gunakan konsep ketumpatan arus: ini ialah arus setiap 1 mm 2 luas keratan rentas konduktor.J= .
Dalam alam semula jadi dan teknologi, proses penukaran tenaga daripada satu jenis kepada jenis lain secara berterusan berlaku (Rajah 1.22). Dalam sumber tenaga elektrik, pelbagai jenis tenaga ditukarkan kepada tenaga elektrik.
Sebagai contoh:
· dalam penjana elektrik 1 Apabila didorong ke dalam putaran oleh beberapa mekanisme, tenaga mekanikal ditukar kepada tenaga elektrik;
· dalam penjana termo 2 – haba;
· dalam bateri 9 semasa pelepasan dan sel galvanik 10 – kimia;
· dalam fotosel 11 – berseri.
Penerima tenaga elektrik, sebaliknya, menukar tenaga elektrik kepada jenis tenaga lain.
Sebagai contoh:
dalam motor elektrik 3 tenaga elektrik ditukar kepada tenaga mekanikal;
dalam peranti pemanasan elektrik 5 – dalam haba;
· dalam mandian elektrolitik 8 dan bateri 7 apabila ia dicas - menjadi bahan kimia;
dalam lampu elektrik 6 - berseri dan haba;
dalam antena 4 pemancar radio - ke dalam yang berseri.
Rajah 1.22. Cara-cara menukar tenaga daripada satu jenis kepada jenis yang lain
Soalan kawalan
1. Namakan contoh penukaran tenaga daripada satu jenis kepada jenis yang lain.
2. Takrifkan kuasa.
3. Apakah kerja yang dilakukan oleh arus elektrik dalam masa tertentu pada voltan dan arus yang diketahui?
4. Apakah unit tenaga elektrik?
Tenaga Elektrik. Dalam alam semula jadi dan teknologi, proses penukaran tenaga daripada satu jenis kepada jenis lain secara berterusan berlaku (Rajah 30). Dalam sumber tenaga elektrik, pelbagai jenis tenaga ditukarkan kepada tenaga elektrik. Sebagai contoh, dalam penjana elektrik 1, didorong oleh beberapa mekanisme, tenaga mekanikal ditukar kepada tenaga elektrik, dalam termogenerator 2 - haba, dalam bateri 9 apabila ia dinyahcas dan sel galvanik 10 - kimia, dalam fotosel 11 - berseri.
Penerima tenaga elektrik, sebaliknya, menukar tenaga elektrik kepada jenis tenaga lain - haba, mekanikal, kimia, sinaran, dll. Contohnya, dalam motor elektrik 3 tenaga elektrik ditukar kepada tenaga mekanikal, dalam peranti pemanasan elektrik 5 kepada haba tenaga, dalam mandian elektrolitik 8 dan bateri 7 apabila ia dicas - menjadi bahan kimia, dalam lampu elektrik 6 - menjadi sinaran dan haba, dalam antena 4 pemancar radio - menjadi sinaran.
Ukuran tenaga ialah kerja. Kerja W yang dilakukan oleh arus elektrik dalam masa t pada voltan U dan arus I yang diketahui adalah sama dengan hasil voltan dan arus dan tempoh tindakannya:
W=UIt (29)
Kerja yang dilakukan oleh arus elektrik 1 A pada voltan 1 V selama 1 s diambil sebagai unit tenaga elektrik. Unit ini dipanggil joule (J). Joule, yang juga dipanggil watt-saat (W*s), ialah unit ukuran yang sangat kecil, jadi dalam praktiknya unit yang lebih besar digunakan untuk mengukur tenaga elektrik - watt-jam (1 Wh = 3600 J), kilowatt- jam (1 kW*h = 1000 W*h = 3.6*10 6 J), megawatt-jam (1 MW*h=1000 kW*h=3.6*10 9 J).
Kuasa elektrik. Tenaga yang diterima oleh penerima atau dibekalkan oleh sumber semasa dalam masa 1 s dipanggil kuasa. Kuasa P pada nilai malar U dan I adalah sama dengan hasil voltan U dan arus I:
P=UI(30)
Menggunakan hukum Ohm untuk menentukan arus dan voltan sebagai fungsi rintangan R dan kekonduksian G, ungkapan lain untuk kuasa boleh diperolehi. Jika kita menggantikan voltan U=IR atau arus I=U/R=UG dalam formula (30), kita dapat
P = I 2 R (31)
P = U 2 /R = U 2 G (32)
Oleh itu, kuasa elektrik adalah sama dengan kuasa dua arus dan rintangan, atau kuasa dua voltan dibahagikan dengan rintangan, atau kuasa dua voltan didarab dengan kekonduksian.
Kuasa yang dihasilkan oleh arus 1 A pada voltan 1 V diambil sebagai unit kuasa dan dipanggil watt (W). Dalam teknologi, kuasa diukur dalam unit yang lebih besar: kilowatt (1 kW = 1000 W) dan megawatt (1 MW = 1,000,000 W).
Kehilangan tenaga dan kecekapan. Apabila menukar tenaga elektrik kepada jenis tenaga lain, atau sebaliknya, tidak semua tenaga ditukar kepada jenis tenaga yang diperlukan; sebahagian daripadanya dibelanjakan secara tidak produktif (hilang) untuk mengatasi geseran dalam galas mesin, wayar pemanas, dll. Tenaga ini kerugian tidak dapat dielakkan dalam mana-mana mesin dan mana-mana radas.
Nisbah kuasa yang dibekalkan oleh sumber atau penerima tenaga elektrik kepada kuasa yang diterimanya dipanggil kecekapan sumber atau penerima. Kecekapan (efficiency)
? = P 2 /P 1 = P 2 /(P 2 + ?P) (33)
P 2 - kuasa keluaran (berguna);
P 1 - menerima kuasa;
?P - kehilangan kuasa.
Kecekapan sentiasa kurang daripada perpaduan, kerana dalam mana-mana mesin dan sebarang peralatan terdapat kehilangan tenaga. Kadangkala kecekapan dinyatakan sebagai peratusan. Oleh itu, motor daya tarikan lokomotif elektrik dan diesel mempunyai kecekapan 86-92%, pengubah berkuasa - 96-98%, pencawang daya tarikan - 94-96%, rangkaian hubungan kereta api elektrik - kira-kira 90%, penjana lokomotif diesel - 92- 94%.
Mari kita pertimbangkan, sebagai contoh, pengagihan tenaga dalam litar elektrik (Rajah 31). Penjana 1, menjana kuasa litar ini, menerima daripada penggerak utama 2 (contohnya, enjin diesel) kuasa mekanikal P mx = 28.9 kW, dan menghantar kuasa elektrik P el = 26 kW (2.9 kW ialah kehilangan kuasa dalam penjana). Oleh itu, ia mempunyai kecekapan? gen = R el / R mx = 26/28.9 = 0.9.
Kuasa R el = 26 kW yang dibekalkan oleh penjana dibelanjakan untuk menyalakan lampu elektrik (6 kW), memanaskan dapur elektrik (7.2 kW) dan menghidupkan motor elektrik (10.8 kW). Sebahagian daripada kuasa?P pr = 2 kW hilang kepada pemanasan sia-sia wayar yang menyambungkan penjana kepada pengguna.
Dalam setiap penerima tenaga elektrik, kehilangan kuasa juga berlaku. Dalam motor elektrik 3, kehilangan kuasa ialah 0.8 kW (ia menerima 10.8 kW daripada rangkaian dan menyampaikan hanya 10 kW), jadi kecekapan ?motor = 10/10.8 = 0.925. Daripada kuasa 6 kW yang diterima oleh lampu, hanya sebahagian kecil digunakan untuk mencipta tenaga pancaran, kebanyakannya tidak berguna sebagai haba. Dalam dapur elektrik, tidak semua kuasa 7.2 kW yang diterima digunakan untuk memanaskan makanan, kerana sebahagian daripada haba yang dihasilkannya terlesap di ruang sekeliling. Apabila mempertimbangkan litar elektrik, bersama-sama dengan menentukan arus dan voltan yang bertindak dalam bahagian individu, ia juga perlu untuk menentukan kuasa yang dihantar melaluinya. Dalam kes ini, imbangan kapasiti tenaga yang dipanggil mesti diperhatikan. Ini bermakna kuasa yang diterima oleh mana-mana peranti (sumber semasa atau pengguna) atau bahagian litar elektrik mestilah sama dengan jumlah kuasa yang dibekalkannya dan kehilangan kuasa yang berlaku dalam peranti atau bahagian litar ini.
