Inhoud:

Elektrische stroom wordt opgewekt om in de toekomst voor bepaalde doeleinden te worden gebruikt, om een ​​of andere vorm van werk uit te voeren. Dankzij elektriciteit functioneren alle apparaten, apparaten en apparatuur. Het werk zelf vertegenwoordigt een bepaalde inspanning die wordt geleverd om een ​​elektrische lading over een bepaalde afstand te verplaatsen. Conventioneel zal dergelijke arbeid binnen een sectie van het circuit gelijk zijn aan de numerieke waarde van de spanning in deze sectie.

Om de nodige berekeningen uit te voeren, moet u weten hoe het werk van de stroom wordt gemeten. Alle berekeningen worden uitgevoerd op basis van initiële gegevens verkregen met meetinstrumenten. Hoe groter de lading, hoe meer moeite het kost om deze te verplaatsen en hoe meer werk er zal worden verricht.

Hoe heet het werk van de huidige?

Elektrische stroom heeft als fysieke grootheid op zichzelf geen praktische betekenis. De belangrijkste factor is het effect van de stroom, gekenmerkt door de arbeid die deze verricht. Het werk zelf vertegenwoordigt bepaalde acties waarbij het ene type energie in het andere wordt omgezet. Door de motoras te draaien wordt bijvoorbeeld elektrische energie omgezet in mechanische energie. Het werk van elektrische stroom zelf is de beweging van ladingen in een geleider onder invloed van een elektrisch veld. In feite wordt al het werk van het verplaatsen van geladen deeltjes gedaan door het elektrische veld.

Om berekeningen uit te voeren, moet een formule voor de werking van elektrische stroom worden afgeleid. Om formules samen te stellen, hebt u parameters nodig zoals huidige sterkte en. Omdat de arbeid die wordt verricht door een elektrische stroom en de arbeid die wordt verricht door een elektrisch veld hetzelfde zijn, wordt deze uitgedrukt als het product van de spanning en de lading die in de geleider vloeit. Dat wil zeggen: A = Uq. Deze formule is afgeleid van de relatie die de spanning in de geleider bepaalt: U = A/q. Hieruit volgt dat spanning de arbeid vertegenwoordigt die door het elektrische veld A wordt verricht om een ​​geladen deeltje q te transporteren.

Het geladen deeltje of de lading zelf wordt weergegeven als het product van de stroomsterkte en de tijd besteed aan de beweging van deze lading langs de geleider: q = It. In deze formule werd de relatie voor de stroomsterkte in de geleider gebruikt: I = q/t. Dat wil zeggen, het is de verhouding tussen de lading en de tijdsperiode waarin de lading door de dwarsdoorsnede van de geleider gaat. In zijn uiteindelijke vorm zal de formule voor de arbeid van elektrische stroom er uitzien als het product van bekende grootheden: A = UIt.

In welke eenheden wordt de arbeid van elektrische stroom gemeten?

Voordat we direct ingaan op de vraag hoe het werk van elektrische stroom wordt gemeten, is het noodzakelijk om de meeteenheden te verzamelen van alle fysieke grootheden waarmee deze parameter wordt berekend. Bij elk werk is de meeteenheid van deze hoeveelheid daarom 1 Joule (1 J). Spanning wordt gemeten in volt, stroom wordt gemeten in ampère en tijd wordt gemeten in seconden. Dit betekent dat de meeteenheid er als volgt uit zal zien: 1 J = 1V x 1A x 1s.

Op basis van de verkregen meeteenheden wordt de arbeid van elektrische stroom bepaald als het product van de stroomsterkte in een sectie van het circuit, de spanning aan de uiteinden van de sectie en de tijdsperiode waarin de stroom door de sectie vloeit. geleider.

Metingen worden uitgevoerd met behulp van een voltmeter en een klok. Met deze apparaten kunt u effectief het probleem oplossen van het vinden van de exacte waarde van een bepaalde parameter. Wanneer u een ampèremeter en een voltmeter op een circuit aansluit, is het noodzakelijk om hun meetwaarden gedurende een bepaalde periode te controleren. De verkregen gegevens worden in de formule ingevoegd, waarna het eindresultaat wordt weergegeven.

De functies van alle drie de apparaten zijn gecombineerd in elektriciteitsmeters die rekening houden met de verbruikte energie, en in feite met de arbeid die door elektrische stroom wordt verricht. Hier wordt een andere eenheid gebruikt: 1 kW x h, wat ook betekent hoeveel werk er in een tijdseenheid is gedaan.

Elektrische stroom zelf is niet nodig. Het is niet de stroming zelf die belangrijk is, maar het effect ervan.

De werking van elektrische stroom wordt gekenmerkt door de werking van elektrische stroom.

Arbeid is een grootheid die de transformatie van energie van het ene type naar het andere karakteriseert.

Er was bijvoorbeeld kinetische energie, maar het werd potentiële energie, dat wil zeggen dat het lichaam in beweging was, daarna stopte het en steeg tot een bepaalde hoogte.

Wat elektrische stroom betreft, weten we al over de beweging van elektrische ladingen langs een geleider en dat deze beweging plaatsvindt onder invloed van een elektrisch veld, dat wil zeggen dat er arbeid wordt verricht door een elektrisch veld. En het werk laat in dit geval zien hoe energie van één type, bijvoorbeeld de energie van elektrische stroom, zal worden omgezet in andere soorten energie - mechanisch, thermisch, enz.

Het werk van elektrische stroom wordt voornamelijk geassocieerd met het concept van elektrische spanning en stroom.

De arbeid die door het elektrische veld wordt verricht, is het product van de elektrische spanning en de lading die door de geleider stroomt.

Deze verklaring is afgeleid van de relatie voor elektrische spanning.

Elektrische spanning is de arbeid die een elektrisch veld verricht om elektrische lading q over te brengen.

Lading is het product van de stroom en de tijd waarin deze lading door de geleider stroomt.

Deze uitspraak volgt uit de relatie voor de huidige sterkte.

Stroom is de verhouding tussen de lading en de tijd waarin lading door een geleider stroomt via de dwarsdoorsnede van de geleider.

Vervanging in de formule voor het definiëren van werk , we verkrijgen een uitdrukking voor het berekenen van de arbeid van een elektrische stroom, de arbeid van een elektrisch veld op de beweging van een elektrische lading.

Werk - 1 Joule of 1 J;

Spanning - 1 Volt of 1 V;

Huidige sterkte - 1 Ampere of 1 A;

Tijd - 1 seconde of 1 s.

Definitie

Werk van elektrische stroom is gelijk aan het product van de stroomsterkte in een deel van de schakeling, de spanning aan de uiteinden van dit deel en de tijd waarin de stroom door de geleider vloeit.

De werking van elektrische stroom wordt geassocieerd met apparaten die het mogelijk maken om de waarden van deze grootheden te bepalen.

De spanning wordt bepaald door een apparaat genaamd voltmeter. En om de huidige sterkte te meten gebruiken ze ampèremeter(Figuur 1).

Rijst. 1. Afbeeldingen van voltmeter en ampèremeter

Door deze twee apparaten op het elektrische circuit aan te sluiten, de metingen van deze apparaten te observeren en de tijd te bepalen waarin de metingen worden uitgevoerd, bepalen we de waarde van het werk van de elektrische stroom. .

Houd er rekening mee dat de betaling die wij doen voor elektriciteit een betaling is die specifiek is bedoeld voor de werking van de elektrische stroom. De actie van elektrische stroom is dezelfde actie die wordt gebruikt in de technologie, zoals verwarmingsapparaten, apparaten die in het dagelijks leven worden gebruikt (tv's, radio's, enz.).

Het werk wordt gemeten met behulp van een ampèremeter en een voltmeter, maar toch is er een apart apparaat dat onmiddellijk het werk van elektrische stroom kan meten

In de volgende les introduceren we het concept macht.

Bibliografie

1. Gendenshtein LE, Kaidalov AB, Kozhevnikov VB / Ed. Orlova VA, Roizena II Natuurkunde 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin AV Natuurkunde 8. - M.: Trap, 2010.
3. Fadeeva AA, Zasov AV, Kiselev D.F. Natuurkunde 8. - M.: Verlichting.

1. Stoom.ru ().
2. Natuurkunde.ru ().
3. Class-fizika.narod.ru ().

Huiswerk

1. P. 50, vragen 1-4, p. 119, taak 24 (1). Peryshkin AV Natuurkunde 8. - M.: Trap, 2010.
2. Door een reostaat met een weerstand van 5 Ohm stroomt een stroom van 0,5 A. Het is noodzakelijk om te bepalen hoeveel werk de stroom binnen 4 uur (14.400 sec.) zal opleveren.
3. Welke instrumenten kunnen worden gebruikt om de arbeid van een elektrisch veld te meten?

Ieder van ons heeft thuis een meter, waarmee we maandelijks voor elektriciteit betalen. Wij betalen voor een bepaald aantal kilowattuur. Wat zijn deze kilowattuur? Waar betalen wij precies voor? Laten we het uitzoeken :)

We gebruiken elektriciteit voor specifieke doeleinden. Elektrische stroom doet wat werk, en als gevolg daarvan functioneren onze elektrische apparaten. Wat is de taak van elektrische stroom? Het is bekend dat de arbeid die de stroom levert om een ​​elektrische lading over een bepaald gedeelte van het circuit te verplaatsen, numeriek gelijk is aan de spanning op dit gedeelte. Als de lading bijvoorbeeld in een grotere richting verschilt, zal er dienovereenkomstig meer werk worden gedaan.

Werk van stroom op een deel van een circuit: formule

We komen dus tot de conclusie dat de arbeid van de stroom gelijk is aan het product van de spanning in een deel van het elektrische circuit en de hoeveelheid lading. De lading kan, zoals bekend, worden gevonden door de huidige sterkte en de tijd die de stroom verstrijkt te vermenigvuldigen. We krijgen dus de formule voor het bepalen van het werk van de stroom:

A=Uq , q=It , we krijgen A=UIt ;

waarbij A werk is, U spanning is, I stroom is, q lading is, t tijd is.

De huidige arbeid wordt gemeten in joule (1 J). 1 J = 1 V * 1 A * 1 s. Dat wil zeggen, om het werk van de stroom te meten, hebben we drie instrumenten nodig: ampèremeter, voltmeter en klok. Elektriciteitsmeters die in appartementen worden geïnstalleerd, lijken al deze bovengenoemde apparaten in één te combineren. Ze meten de arbeid die door de stroom wordt verricht. Het werk van de stroom in ons appartement is de energie die wordt verbruikt aan alle apparaten die op het netwerk van het appartement zijn aangesloten. Dit is waar wij voor betalen. Wij betalen echter niet per joule, maar per kilowattuur. Waar komen deze eenheden vandaan?

Elektrisch stroomvermogen

Om dit probleem te begrijpen, moeten we nog een concept overwegen: de kracht van elektrische stroom. Het huidige vermogen is de arbeid die door de stroom per tijdseenheid wordt verricht. Dat wil zeggen dat macht kan worden gevonden door het werk door de tijd te verdelen. En arbeid is, zoals we al weten, het product van stroom, spanning en tijd. De tijd zal dus worden verkort en we zullen het product van stroom en spanning verkrijgen. Voor het huidige vermogen is de formule als volgt:

P=A/t , A=UIt , we krijgen P=UIt/t , dat wil zeggen P=UI ;

waarbij P het huidige vermogen is. Het vermogen wordt gemeten in watt (1 W). Er worden meerdere hoeveelheden gebruikt: kilowatt, megawatt.

Het werk en de kracht van elektrische stroom zijn nauw met elkaar verbonden. In feite is arbeid de huidige macht op elk moment, genomen over een bepaalde periode. Dat is de reden waarom meters in appartementen het huidige werk niet in joule meten, maar in kilowattuur. Het is alleen zo dat 1 watt vermogen een zeer kleine hoeveelheid vermogen is, en als we voor watt per seconde zouden betalen, zouden we voor tien- en honderdduizenden van dergelijke eenheden betalen. Om de berekeningen te vereenvoudigen, werd de eenheid ‘kilowattuur’ aangenomen.

Werk van elektrische stroom- een maat voor de hoeveelheid energie.

Werk verricht door elektrische stroom in de tijd T bij bekende spanning U EN huidige sterkte I gelijk aan het product van spanning en stroom en de duur ervan. A=UIT

Arbeid wordt gemeten in joules ( 1J=1V A·s ).

1 J is de arbeid die wordt verricht door elektrische stroom en kracht 1 EEN onder druk U=1 IN tijdens 1c .

De snelheid waarmee wordt gewerkt, wordt gekenmerkt door kracht.

Macht R werkhouding genoemd A naar een tijdsperiode T waarvoor het is gepleegd. Dus in een elektrisch circuit:

Het vermogen wordt gemeten in watt ( 1 W=1 J/s ). 1 Watt is de kracht waarbij 1 sec er wordt binnen gewerkt 1 J.

Thermisch effect van stroom.

In het geval dat de geleider bewegingloos is en er geen chemische transformaties in plaatsvinden, wordt het werk van de stroom besteed aan het vergroten van de interne energie van de geleider, waardoor de geleider opwarmt. In dit geval wordt de hoeveelheid vrijkomende warmte bepaald volgens de wet van Joule-Lenz.

De wet van Joule-Lenz.

De hoeveelheid warmte die vrijkomt in een geleider wanneer er een gelijkstroom doorheen gaat, is recht evenredig met het kwadraat van de stroom, de weerstand van de geleider en de tijd die de stroom doorloopt.

Q=I 2 Rt, J

Die. de hoeveelheid gegenereerde warmte is gelijk aan de hoeveelheid elektrische energie die door een bepaalde geleider wordt ontvangen wanneer er stroom doorheen gaat.

Elke geleider kan, zonder oververhitting, een stroom van een bepaalde sterkte doorlaten. Gebruik het concept om de huidige belasting te bepalen huidige dichtheid: dit is de stroom per 1 mm 2 van het dwarsdoorsnedeoppervlak van de geleider.J= .

In de natuur en de technologie vinden voortdurend processen van energieomzetting van het ene type naar het andere plaats (Fig. 1.22). Bij elektrische energiebronnen worden verschillende soorten energie omgezet in elektrische energie.

Bijvoorbeeld:

· in elektrische generatoren 1 Wanneer mechanische energie door een of ander mechanisme in rotatie wordt gebracht, wordt deze omgezet in elektrische energie;

· in thermogeneratoren 2 – thermisch;

· in batterijen 9 tijdens hun ontlading en galvanische cellen 10 - chemisch;

· in fotocellen 11 - stralend.

Ontvangers van elektrische energie zetten daarentegen elektrische energie om in andere soorten energie.

Bijvoorbeeld:

bij elektromotoren 3 elektrische energie wordt omgezet in mechanische energie;

bij elektrische verwarmingstoestellen 5 – in thermisch;

· in elektrolytische baden 8 en batterijen 7 wanneer ze worden opgeladen - in een chemische;

bij elektrische lampen 6 – stralend en thermisch;

· in antennes 4 radiozenders - in de stralende.

Figuur 1.22. Manieren om energie van het ene type naar het andere om te zetten

Controle vragen

1. Noem voorbeelden van energieconversie van het ene type naar het andere.

2. Definieer macht.

3. Wat is de arbeid die elektrische stroom in een bepaalde tijd bij een bekende spanning en stroom levert?

4. Wat is de eenheid van elektrische energie?

Elektrische energie. In de natuur en de technologie vinden voortdurend processen van energieomzetting van het ene type naar het andere plaats (Fig. 30). Bij elektrische energiebronnen worden verschillende soorten energie omgezet in elektrische energie. In elektrische generatoren 1, aangedreven door een bepaald mechanisme, wordt mechanische energie bijvoorbeeld omgezet in elektrische energie, in thermogeneratoren 2 - thermisch, in batterijen 9 wanneer ze worden ontladen en galvanische cellen 10 - chemisch, in fotocellen 11 - stralend.
Ontvangers van elektrische energie zetten elektrische energie daarentegen om in andere soorten energie: thermisch, mechanisch, chemisch, stralingsenergie, enz. In elektromotoren 3 wordt elektrische energie bijvoorbeeld omgezet in mechanische energie, in elektrische verwarmingsapparaten 5 in thermische energie. energie, in elektrolytische baden 8 en batterijen 7 wanneer ze worden opgeladen - in een chemische, in elektrische lampen 6 - in stralend en thermisch, in de antennes van 4 radiozenders - in stralend.

De maatstaf voor energie is arbeid. De arbeid W verricht door een elektrische stroom gedurende een tijd t bij een bekende spanning U en stroom I is gelijk aan het product van de spanning en de stroom en de duur van zijn werking:

W=UIt (29)

De arbeid die wordt verricht door een elektrische stroom van 1 A bij een spanning van 1 V gedurende 1 seconde wordt beschouwd als een eenheid van elektrische energie. Deze eenheid wordt joule (J) genoemd. De joule, ook wel de wattseconde (W*s) genoemd, is een zeer kleine meeteenheid, dus in de praktijk worden grotere eenheden gebruikt om elektrische energie te meten: wattuur (1 Wh = 3600 J), kilowatt- uur (1 kW*h = 1000 W*h = 3,6*10 6 J), megawattuur (1 MW*h=1000 kW*h=3,6*10 9 J).

Elektrische energie. De energie die binnen 1 seconde door de ontvanger wordt ontvangen of door de stroombron wordt geleverd, wordt vermogen genoemd. Vermogen P bij constante waarden van U en I is gelijk aan het product van spanning U en stroom I:

P=UI(30)

Door de wet van Ohm te gebruiken om stroom en spanning te bepalen als een functie van weerstand R en geleidbaarheid G, kunnen andere uitdrukkingen voor vermogen worden verkregen. Als we de spanning U=IR of de stroom I=U/R=UG in formule (30) vervangen, krijgen we

P = ik 2 R (31)

P = U 2 /R = U 2 G (32)

Daarom is het elektrisch vermogen gelijk aan het kwadraat van de stroom en de weerstand, of het kwadraat van de spanning gedeeld door de weerstand, of het kwadraat van de spanning vermenigvuldigd met de geleidbaarheid.

Het vermogen dat wordt opgewekt door een stroom van 1 A bij een spanning van 1 V wordt genomen als een eenheid van vermogen en wordt watt (W) genoemd. In de technologie wordt vermogen gemeten in grotere eenheden: kilowatt (1 kW = 1000 W) en megawatt (1 MW = 1.000.000 W).

Energieverliezen en efficiëntie. Bij het omzetten van elektrische energie in andere soorten energie, of omgekeerd, wordt niet alle energie omgezet in het vereiste type energie; een deel ervan wordt onproductief besteed (verloren) om wrijving in machinelagers, verwarmingsdraden, enz. te overwinnen verliezen zijn onvermijdelijk in elke machine en elk apparaat.
De verhouding tussen het vermogen dat door een bron of ontvanger van elektrische energie wordt geleverd en het vermogen dat deze ontvangt, wordt het rendement van de bron of ontvanger genoemd. Efficiëntie (efficiëntie)

? = P 2 /P 1 = P 2 /(P 2 + ?P) (33)

P 2 - uitgangsvermogen (nuttig);
P 1 - ontvangen stroom;
?P - vermogensverlies.

Efficiëntie is altijd minder dan eenheid, omdat er in elke machine en elk apparaat energieverliezen zijn. Soms wordt efficiëntie uitgedrukt in een percentage. Zo hebben tractiemotoren van elektrische en diesellocomotieven een rendement van 86-92%, krachtige transformatoren - 96-98%, tractie-onderstations - 94-96%, contactnetwerken van geëlektrificeerde spoorwegen - ongeveer 90%, diesellocomotiefgeneratoren - 92- 94%.
Laten we als voorbeeld de distributie van energie in een elektrisch circuit bekijken (Fig. 31). Generator 1, die dit circuit aandrijft, ontvangt van aandrijfmotor 2 (bijvoorbeeld een dieselmotor) mechanisch vermogen P mx = 28,9 kW, en levert elektrisch vermogen P el = 26 kW (2,9 kW is het vermogensverlies in de generator). Daarom heeft het efficiëntie? gen = R el / R mx = 26/28,9 = 0,9.

Het door de generator geleverde vermogen R el = 26 kW wordt besteed aan het aandrijven van elektrische lampen (6 kW), het verwarmen van elektrische kachels (7,2 kW) en het aandrijven van de elektromotor (10,8 kW). Een deel van het vermogen P pr = 2 kW gaat verloren door nutteloze verwarming van de draden die de generator met consumenten verbinden.

In elke ontvanger van elektrische energie treden ook vermogensverliezen op. Bij elektromotor 3 bedraagt ​​het vermogensverlies 0,8 kW (deze ontvangt 10,8 kW van het netwerk en levert slechts 10 kW), dus het rendement ?motor = 10/10,8 = 0,925. Van het vermogen van 6 kW dat de lampen ontvangen, wordt slechts een klein deel gebruikt om stralingsenergie te creëren; het grootste deel ervan wordt nutteloos afgevoerd als warmte. Bij een elektrisch fornuis wordt niet al het ontvangen vermogen van 7,2 kW gebruikt om voedsel te verwarmen, omdat een deel van de warmte die daardoor ontstaat, wordt afgevoerd naar de omringende ruimte. Bij het overwegen van elektrische circuits is het, naast het bepalen van de stromen en spanningen die in individuele secties werken, ook noodzakelijk om het vermogen te bepalen dat erdoor wordt overgedragen. In dit geval moet de zogenaamde energiebalans van capaciteiten in acht worden genomen. Dit betekent dat het vermogen dat door een apparaat (stroombron of verbruiker) of deel van het elektrische circuit wordt ontvangen, gelijk moet zijn aan de som van het vermogen dat het levert en de vermogensverliezen die optreden in dit apparaat of deel van het circuit.