Lucrarea curentului electric: caracteristici generale, formulă, semnificație practică. Munca și puterea curentă: cum plătim pentru electricitate

Fiecare corp este capabil să producă muncă, aceasta se numește energie corporală. Cel mai simplu exemplu este un corp ridicat la o anumită înălțime. Are energie potențială dacă corpul este eliberat, va începe să elibereze energie, transformând-o în energie cinetică, moment în care corpul va face lucru.

În consecință, cu cât înălțimea corpului este mai mare, cu atât energia acestuia va fi mai mare. Energia nu dispare niciodată fără urmă, este doar transformată într-o altă formă - aceasta este una dintre principalele legi ale fizicii.

Același lucru este valabil și cu energia electrică poate fi transformată într-un alt tip de energie - termică, cinetică, mecanică, chimică etc.

Prin urmare, electricitatea a devenit atât de utilizată. Acest tip de energie, spre deosebire de oricare alta, poate fi transmisă pe distanțe lungi și stocată practic fără pierderi și poate fi obținută destul de simplu.

Munca de curent electric

Când actual curge printr-o anumită secțiune a circuitului electric, câmpul electric efectuează o anumită cantitate de muncă. Aceasta se numește munca curentului electric. Pentru a transfera o sarcină de energie de-a lungul acestui circuit, trebuie să cheltuiți o anumită cantitate de energie. Este comunicat receptorului, iar o parte din energie este cheltuită pentru depășirea rezistenței firelor și a surselor din circuitul electric.

Acest lucru sugerează că nu toată energia cheltuită este distribuită eficient și că nu toată este utilă. În consecință, munca depusă nu este complet eficientă. În acest caz, formula va arăta astfel: A = UQ.

U este tensiunea la bornele receptorului și Q- Aceasta este sarcina transferată de-a lungul unei secțiuni a circuitului. În acest caz, trebuie să țineți cont Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit , atunci formula va arăta astfel: R I2 Δt = U I Δt = ΔA.

Folosind această formulă, puteți urmări efectul legii conservării energiei, care se aplică unei secțiuni omogene a lanțului.

În 1850, fizicianul englez Joule Prescott, care a adus o contribuție semnificativă la studiul electricității, a descoperit o nouă lege. Esența sa a fost de a determina modalitățile prin care munca curentului electric este convertită în energie termică. În același timp, un alt fizician, Lenz, a reușit să facă o descoperire similară și să demonstreze legea, așa că a fost numită „legea Joule-Lenz”, în onoarea ambilor fizicieni remarcabili din acea vreme.

Puterea curentului electric

Puterea este o altă caracteristică folosită pentru a determina funcționarea curentului electric. Aceasta este o anumită mărime fizică care caracterizează transformarea și viteza transferului de energie.

Atunci când se determină puterea unui curent electric, este necesar să se ia în considerare un astfel de indicator ca puterea instantanee. Reprezintă raportul valorilor instantanee ale unor indicatori precum curentul și tensiunea sub forma unui produs. Acest raport se aplică unei anumite secțiuni a circuitului.

Indicatori precum lucrul și puterea curentului electric sunt luați în considerare la crearea oricăror circuite electrice. Alături de alte legi, acestea sunt fundamentale, nerespectarea acestora va duce la încălcări grave.

Pentru a primi cea mai mare putere electrică, este necesar să se țină cont de caracteristicile generatorului, adică rezistența în circuitul extern nu trebuie să fie mai mare și nici mai mică decât rezistența internă a generatorului.

Numai în acest caz eficiența de funcționare va fi maximă, deoarece altfel toată energia generatorului va fi cheltuită pentru depășirea rezistenței, iar toată munca va fi neeconomică. Desigur, o astfel de schemă de funcționare poate afecta negativ eficiența întregului circuit electric.

Munca de curent electric- o măsură a cantității de energie.

Lucrări efectuate de curent electric în timp t la tensiune cunoscută U ȘI puterea curentului eu egal cu produsul dintre tensiune și curent și durata acestuia. A=UIt

Munca se măsoară în jouli ( 1J=1V A s ).

1 J este munca efectuată de curent electric și forță 1 A sub tensiune U=1 ÎN pe parcursul 1c .

Rata muncii efectuate este caracterizată de putere.

Puterea R numită atitudine de muncă A la o perioadă de timp t pentru care s-a comis. Astfel, într-un circuit electric:

Puterea se măsoară în wați ( 1 W=1 J/s ). 1 Watt este puterea la care 1 s munca se face in 1 J.

Efectul termic al curentului.

În cazul în care conductorul este nemișcat și nu au loc transformări chimice în el, munca curentului este cheltuită pentru creșterea energiei interne a conductorului, în urma căreia conductorul se încălzește. În acest caz, cantitatea de căldură eliberată este determinată conform legii Joule-Lenz.

Legea Joule-Lenz.

Cantitatea de căldură degajată într-un conductor atunci când trece un curent continuu prin el este direct proporțională cu pătratul curentului, rezistența conductorului și timpul de trecere a curentului.

Q=I 2 Rt, J

Acestea. cantitatea de căldură generată este egală cu cantitatea de energie electrică primită de un conductor dat atunci când curentul trece prin el.

Fiecare conductor poate trece, fără supraîncălzire, un curent de o anumită putere. Pentru a determina sarcina curentă, utilizați conceptul densitatea curentă: acesta este curentul pe 1 mm 2 din aria secțiunii transversale a conductorului.J= .

În natură și tehnologie, procesele de conversie a energiei de la un tip la altul au loc continuu (Fig. 1.22). În sursele de energie electrică, diferite tipuri de energie sunt transformate în energie electrică.

De exemplu:

· în generatoare electrice 1 Când este antrenat în rotație de un mecanism, energia mecanică este convertită în energie electrică;

· în termogeneratoare 2 – termică;

· în baterii 9 in timpul descarcarii lor si celule galvanice 10 – chimică;

· în fotocelule 11 - radiant.

Receptorii de energie electrică, dimpotrivă, transformă energia electrică în alte tipuri de energie.

De exemplu:

în motoarele electrice 3 energia electrică este transformată în energie mecanică;

în dispozitivele electrice de încălzire 5 – în termică;

· în băi electrolitice 8 si baterii 7 când sunt încărcate - într-una chimică;

în lămpile electrice 6 – radiant și termic;

în antene 4 emițătoare radio – în cel radiant.

Figura 1.22. Modalități de a converti energia de la un tip la altul

Întrebări de control

1. Numiți exemple de conversie a energiei de la un tip la altul.

2. Definiți puterea.

3. Care este munca efectuată de curentul electric într-un anumit timp la o tensiune și curent cunoscute?

4. Care este unitatea de unitate a energiei electrice?

Fiecare dintre noi are acasă un contor, conform căruia plătim lunar curentul. Plătim pentru un anumit număr de kilowați-oră. Care sunt acești kilowați oră? Mai exact pentru ce plătim? Hai sa ne dam seama :)

Folosim energie electrică în scopuri specifice. Curentul electric funcționează și, ca urmare, aparatele noastre electrice funcționează. Care este munca curentului electric? Se știe că munca efectuată de curent pentru a muta o sarcină electrică pe o anumită secțiune a circuitului este numeric egală cu tensiunea de pe această secțiune. Dacă taxa diferă, de exemplu, într-o direcție mai mare, atunci, în consecință, se va lucra mai mult.

Lucrul curent pe o secțiune a unui circuit: formulă

Așadar, ajungem la concluzia că munca efectuată de curent este egală cu produsul dintre tensiunea dintr-o secțiune a circuitului electric și cantitatea de sarcină. Sarcina, după cum se știe, poate fi găsită prin înmulțirea puterii curentului și a timpului în care trece curentul. Deci, obținem formula pentru determinarea lucrului curentului:

A=Uq , q=It , obținem A=UIt ;

unde A este munca, U este tensiunea, I este curentul, q este sarcina, t este timpul.

Lucrul curent este măsurat în jouli (1 J). 1 J = 1 V * 1 A * 1 s. Adică, pentru a măsura munca efectuată de curent, avem nevoie de trei instrumente: ampermetru, voltmetru și ceas. Contoarele de energie electrică care sunt instalate în apartamente par să combine toate dispozitivele menționate mai sus într-unul singur. Ei măsoară munca efectuată de curent. Lucrarea curentului din apartamentul nostru este energia pe care a cheltuit-o pe toate dispozitivele conectate la rețeaua apartamentului. Pentru asta plătim. Cu toate acestea, plătim nu cu jouli, ci cu kilowați-oră. De unde provin aceste unitati?

Puterea curentului electric

Pentru a înțelege această problemă, trebuie să luăm în considerare încă un concept - puterea curentului electric. Puterea curentă este munca efectuată de curent pe unitatea de timp. Adică, puterea poate fi găsită prin împărțirea muncii în timp. Și munca, după cum știm deja, este produsul curentului, tensiunii și timpului. Astfel, timpul se va reduce și vom obține produsul dintre curent și tensiune. Pentru puterea curentă, formula va fi următoarea:

P=A/t , A=UIt , se obține P=UIt/t , adică P=UI ;

unde P este puterea curentului. Puterea se măsoară în wați (1 W). Sunt utilizate mai multe cantități - kilowați, megawați.

Munca și puterea curentului electric sunt strâns legate. De fapt, munca este puterea curentă în fiecare moment de timp, preluată într-o anumită perioadă de timp. De aceea, contoarele din apartamente măsoară curentul de lucru nu în jouli, ci în kilowați-oră. Doar că 1 watt de putere este foarte puțină putere și dacă am plăti pentru wați pe secundă, am plăti pentru zeci și sute de mii de astfel de unități. Pentru a simplifica calculele, a fost adoptată unitatea „kilowatt-oră”.

Energia electrică este ușor convertită în alte tipuri de energie - mecanică, chimică, luminoasă, energie internă a materiei, care este utilizată pe scară largă în industrie și în viața de zi cu zi.

O măsură a schimbării energiei curentul electric este opera unei surse de curent care creează și menține un câmp electric într-un circuit.

Un câmp electric staționar care mișcă sarcini de-a lungul unui conductor funcționează. Această lucrare se numește munca curenta. Lucrul curentului electric pe o secțiune a circuitului, după cum rezultă din definiția tensiunii,

\(~A = qU ,\)

Unde q- sarcina electrica care trece printr-o sectiune a circuitului, si U- tensiune pe site.

Având în vedere că q = Aceasta, Unde eu este puterea curentului în conductor și t- timpul de trecere a curentului electric, pentru lucrul curentului obtinem

\(~A = IUt .\)

Dacă R- rezistența unei secțiuni omogene a circuitului, apoi, folosind legea lui Ohm pentru secțiunea circuitului, puteți obține o formulă pentru calcularea lucrului curentului:

\(~A = I^2Rt = \frac(U^2)(R) t .\)

Dacă o secțiune a circuitului nu este omogenă, atunci munca este efectuată nu numai de un câmp electric staționar, ci și de forțe externe, iar munca totală este determinată de formula

\(~A = I(\varphi_1 - \varphi_2 \pm \varepsilon) t .\)

Dacă există un motor electric în circuit, atunci energia curentului electric este, în primul rând, cheltuită pentru efectuarea lucrărilor mecanice - muncă utilă A meh, în al doilea rând, se cheltuiește pentru încălzirea înfășurărilor motorului electric și a firelor de conectare - energie pierdută. În acest caz, eficiența poate fi calculată ca

\(~A_0 = A_(meh) + Q ;\) \(~\eta = \frac(A_(meh))(A_0) = \frac(A_(meh))(A_(meh) + Q) .\ )

Când vorbim despre eficiența unei surse de curent, munca utilă înseamnă munca efectuată în circuitul extern de curent continuu:

\(~A_p = IUt = I^2Rt .\)

Munca cheltuită a sursei curente este egală cu munca forțelor externe:

\(~A_z = q \varepsilon = I \varepsilon t ,\)

unde \(~\varepsilon = I (R + r)\).

Atunci \(~A_z = I^2 (R + r) t\) .

Eficiența sursei \(~\eta = \frac(A_p)(A_z) = \frac(IUt)(I \varepsilon t) = \frac(U)(\varepsilon) = \frac(R)(R + r)\ ), Unde U- tensiune în circuitul extern (tensiune la polii sursei de curent). Dependența grafică η = f(R) la r= const este prezentat în Fig. 1.

Unitatea SI a muncii efectuate de curent electric este joule (J). 1 J reprezintă lucrul curent echivalent cu 1 J de lucru mecanic.

1 J = Cl·B = А·В·s.

Lucrul curentului electric este măsurat cu contoare.

Viteza curentului de lucru într-o secțiune dată a circuitului caracterizează puterea curentului. Puterea curentă este determinată de formula \(~P = \frac At\) sau P = IU.

Folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit, putem scrie o formulă diferită pentru puterea curentă\[~P = I^2R = \frac(U^2)(R)\]. În acest caz vorbim despre puterea termică.

Unitatea de măsură a puterii curente este watt: 1 W = J/s. Prin urmare, J = W·s.

În plus, se folosesc unități non-sistem: kilowatt-oră sau hectowat-oră: 1 kWh = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ; 1 gWh = 3,6 10 5 J = 360 kJ.

Pentru a măsura puterea curentă, există dispozitive speciale - wattmetre.

Literatură

Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: manual. alocație pentru instituțiile care oferă învățământ general. mediu, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 267-270.

Curentul electric în sine nu este necesar. Nu curentul în sine este important, ci efectul său.

Acțiunea curentului electric se caracterizează prin lucrul curentului electric.

Munca este o cantitate care caracterizează transformarea energiei de la un tip la altul.

De exemplu, a existat energie cinetică, dar a devenit energie potențială, adică corpul era într-o stare de mișcare, apoi s-a oprit, ridicându-se la o anumită înălțime.

În ceea ce privește curentul electric, știm deja despre mișcarea sarcinilor electrice de-a lungul unui conductor și că această mișcare are loc sub influența unui câmp electric, adică munca este efectuată de un câmp electric. Și lucrarea în acest caz arată cum energia de un tip, de exemplu, energia curentului electric, va fi convertită în alte tipuri de energie - mecanică, termică etc.

Lucrarea curentului electric este asociată în primul rând cu conceptul de tensiune și curent electric.

Lucrul efectuat de câmpul electric este produsul dintre tensiunea electrică și sarcina care curge prin conductor.

Această afirmație este derivată din relația pentru tensiunea electrică.

Tensiunea electrică este munca efectuată de un câmp electric pentru a transfera sarcina electrică q.

Sarcina este produsul dintre curent și timpul în care această sarcină trece prin conductor.

Această afirmație decurge din relația pentru puterea curentă.

Curentul este raportul dintre sarcină și timpul în care sarcina trece printr-un conductor prin secțiunea transversală a conductorului.

Înlocuirea în formula de definire a muncii , obținem o expresie pentru calcularea lucrului unui curent electric, a muncii unui câmp electric asupra mișcării unei sarcini electrice.

Lucrare - 1 Joule sau 1 J;

Tensiune - 1 Volt sau 1 V;

Puterea curentului - 1 Amper sau 1 A;

Timp - 1 secundă sau 1 s.

Definiție

Munca de curent electric este egal cu produsul dintre puterea curentului într-o secțiune a circuitului, tensiunea de la capetele acestei secțiuni și timpul în care curentul trece prin conductor.

Funcționarea curentului electric este asociată cu dispozitive care fac posibilă determinarea valorilor acestor cantități.

Tensiunea este determinată de un dispozitiv numit voltmetru. Și pentru a măsura puterea curentului pe care o folosesc ampermetru(Fig. 1).

Orez. 1. Imagini cu voltmetru și ampermetru

Prin conectarea acestor două dispozitive la circuitul electric, observând citirile acestor dispozitive, determinând timpul în care se efectuează măsurătorile, determinăm valoarea lucrului curentului electric. .

Vă rugăm să rețineți că plata pe care o facem pentru energie electrică este o plată special pentru funcționarea curentului electric. Acțiunea curentului electric este aceeași acțiune care este folosită în tehnologie, cum ar fi dispozitivele de încălzire, dispozitivele care sunt folosite în viața de zi cu zi (televizoare, radiouri etc.).

Munca este măsurată folosind un ampermetru și un voltmetru, dar, cu toate acestea, există un dispozitiv separat care este imediat capabil să măsoare activitatea curentului electric.

În lecția următoare vom introduce conceptul de putere.

Bibliografie

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizica 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Butard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizica 8. - M.: Iluminismul.

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

Teme pentru acasă

1. P. 50, întrebările 1-4, p. 119, sarcina 24 (1). Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Butard, 2010.
2. Un curent de 0,5 A curge printr-un reostat cu o rezistență de 5 Ohmi. Este necesar să se determine cât de multă muncă va produce curentul în 4 ore (14.400 sec.).
3. Ce instrumente pot fi folosite pentru a măsura munca unui câmp electric?