Energi listrik. Di alam dan teknologi, proses konversi energi dari satu jenis ke jenis lainnya terus terjadi (Gbr. 30). Dalam sumber energi listrik berbagai jenis energi diubah menjadi energi listrik. Misalnya, di generator listrik 1, didorong ke dalam rotasi oleh beberapa mekanisme, energi mekanik diubah menjadi energi listrik, dalam termogenerator 2 - energi panas, dalam baterai 9 ketika habis dan sel galvanik 10 - kimia, dalam fotosel 11 - bercahaya.
Penerima energi listrik, sebaliknya, mengubah energi listrik menjadi jenis energi lain - termal, mekanik, kimia, radiasi, dll. Misalnya, pada motor listrik 3 energi listrik diubah menjadi energi mekanik, pada alat pemanas listrik 5 menjadi energi termal energi, dalam rendaman elektrolitik 8 dan baterai 7 ketika diisi - menjadi kimia, menjadi lampu listrik ah 6 - dalam radiasi dan termal, di antena ada 4 pemancar radio - dalam radiasi.

Ukuran energi adalah usaha. Usaha W yang dilakukan oleh arus listrik selama waktu t pada tegangan U dan arus I yang diketahui sama dengan hasil kali tegangan dan arus serta durasi kerjanya:

W = UIt (29)

Usaha yang dilakukan arus listrik 1 A pada tegangan 1 V selama 1 s diambil sebagai satuan energi listrik. Satuan ini disebut joule (J). Joule, yang juga disebut watt-detik (W*s), adalah satuan pengukuran yang sangat kecil, sehingga dalam praktiknya digunakan satuan yang lebih besar untuk mengukur energi listrik - 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).

Tenaga listrik. Energi yang diterima oleh penerima atau disuplai oleh sumber arus dalam waktu 1 s disebut daya. Daya P pada nilai konstan U dan I sama dengan hasil kali tegangan U dan arus I:

P=UI(30)

Dengan menggunakan hukum Ohm untuk menentukan arus dan tegangan sebagai fungsi resistansi R dan konduktivitas G, ekspresi daya lainnya dapat diperoleh. Jika kita mengganti tegangan U=IR atau arus I=U/R=UG dalam rumus (30), kita peroleh

P = Saya 2 R (31)

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

Oleh karena itu, daya listrik sama dengan kuadrat arus dan hambatan, atau kuadrat tegangan dibagi hambatan, atau kuadrat tegangan dikalikan dengan daya hantar.

Daya yang dihasilkan oleh arus 1 A pada tegangan 1 V diambil sebagai satuan daya dan disebut watt (W). Dalam teknologi, daya diukur dalam satuan yang lebih besar: kilowatt (1 kW = 1000 W) dan megawatt (1 MW = 1.000.000 W).

Kehilangan energi dan koefisien tindakan yang bermanfaat. Ketika energi listrik diubah menjadi energi jenis lain, atau sebaliknya, tidak seluruh energi diubah menjadi jenis energi yang diperlukan, sebagian digunakan secara tidak produktif (hilang) untuk mengatasi gesekan pada bantalan mesin, kabel pemanas, dll kerugian tidak bisa dihindari pada mesin dan peralatan apa pun.
Perbandingan daya yang disuplai oleh suatu sumber atau penerima energi listrik dengan daya yang diterimanya disebut efisiensi sumber atau penerima. Efisiensi (efisiensi)

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

P 2 - daya keluaran (berguna);
P 1 - menerima kekuatan;
?P - kehilangan daya.

Efisiensi selalu kurang dari kesatuan, karena pada mesin dan peralatan apa pun terdapat kehilangan energi. Terkadang efisiensi dinyatakan dalam persentase. Dengan demikian, motor traksi lokomotif listrik dan diesel mempunyai efisiensi 86-92%, transformator yang kuat- 96-98%, gardu traksi - 94-96%, jaringan kontak dialiri listrik kereta api- sekitar 90%, generator lokomotif diesel - 92-94%.
Mari kita perhatikan, sebagai contoh, distribusi energi dalam suatu rangkaian listrik (Gbr. 31). Generator 1, yang memberi daya pada rangkaian ini, menerima daya mekanik P mx = 28,9 kW dari mesin primer 2 (misalnya, mesin diesel), dan mengalirkan daya listrik R el = 26 kW (2,9 kW adalah rugi-rugi daya pada generator). Oleh karena itu, apakah ada efisiensinya?

gen = R el / R mx = 26/28.9 = 0.9.

Daya R el = 26 kW yang disuplai oleh generator digunakan untuk menyalakan lampu listrik (6 kW), memanaskan kompor listrik (7,2 kW) dan menggerakkan motor listrik (10,8 kW). Sebagian daya? P pr = 2 kW hilang karena pemanasan kabel yang menghubungkan generator ke konsumen yang tidak berguna. Pada setiap penerima energi listrik juga terjadi rugi-rugi daya. DI DALAM 3 rugi-rugi daya adalah 0,8 kW (menerima 10,8 kW daya dari jaringan dan hanya mengalirkan 10 kW), sehingga efisiensi ?dv = 10/10,8 = 0,925. Dari daya 6 kW yang diterima lampu, hanya sebagian kecil yang digunakan untuk menghasilkan energi radiasi; sebagian besar dibuang sia-sia sebagai panas. Pada kompor listrik, tidak seluruh daya sebesar 7,2 kW yang diterima digunakan untuk memanaskan makanan, karena sebagian panas yang dihasilkannya dibuang ke ruang sekitarnya. Saat mempertimbangkan rangkaian listrik, sekaligus menentukan arus dan tegangan yang bekerja wilayah yang terpisah, perlu untuk menentukan daya yang ditransmisikan melaluinya. Dalam hal ini, apa yang disebut keseimbangan energi dari kapasitas harus diperhatikan. Artinya daya yang diterima oleh suatu perangkat (sumber arus atau konsumen) atau bagian rangkaian listrik harus sama dengan jumlah daya yang disuplainya dan rugi-rugi daya yang terjadi pada perangkat ini atau bagian dari rantai.

Pekerjaan arus listrik menunjukkan seberapa besar usaha yang dilakukan medan listrik ketika memindahkan muatan sepanjang konduktor.

Mengetahui dua rumus:

saya = q/t..... Dan..... kamu = SEBUAH/q
Anda dapat memperoleh rumus untuk menghitung kerja arus listrik:

Kerja arus listrik sama dengan hasil kali kuat arus dan tegangan serta waktu arus mengalir dalam rangkaian.

Satuan pengukuran arus listrik bekerja dalam sistem SI :

[A] = 1 J = 1A.B.c

PELAJARILAH, AKAN BERMANFAAT

Saat menghitung kerja arus listrik, sering digunakan
kelipatan satuan kerja arus listrik di luar sistem : 1 kWh (kilowatt-hour).

MENARIK

Pada suatu waktu, J. Watt mengusulkan satuan seperti “tenaga kuda” sebagai satuan daya. Satuan pengukuran ini bertahan hingga hari ini. Namun di Inggris pada tahun 1882, British Association of Engineers memutuskan untuk menetapkan nama J. Watt untuk satuan daya. Kini nama James Watt bisa terbaca di bola lampu mana pun.
Ini adalah pertama kalinya dalam sejarah teknologi suatu unit pengukuran diberi nama sendiri.
Dari kejadian inilah tradisi pemberian nama diri pada satuan pengukuran dimulai.

Mereka mengatakan itu...
Seorang pembuat bir membeli salah satu mesin uap Watt untuk menggantikan kuda yang menggerakkan pompa air. Saat memilih kekuatan yang dibutuhkan Dari mesin uap, pembuat bir mendefinisikan tenaga kerja kudanya sebagai delapan jam kerja tanpa henti sampai kudanya benar-benar kelelahan. Perhitungan menunjukkan bahwa setiap detik kuda tersebut mengangkat 75 kg air ke ketinggian 1 meter, yang diambil sebagai satuan daya 1 tenaga kuda.

TAHUKAH ANDA

Arus yang mengalir dalam kumparan lampu listrik memanaskannya hingga suhu yang sangat tinggi.
Oleh karena itu, agar spiral dapat bertahan lebih lama, spiral tersebut dimasukkan ke dalam silinder kaca yang diisi lampu kekuatan tinggi gas inert.

Dalam silinder lampu daya rendah(hingga 40 W) - vakum. Agar lampu bekerja lebih lama, suhu filamen lampu tersebut lebih rendah, dan cahayanya berwarna kuning.

Listrik di atmosfer berbahaya karena memanifestasikan dirinya dalam bentuk pelepasan linier (petir), yang terjadi di planet kita kira-kira 100 kali setiap detik. Muatan listrik di atmosfer bisa memiliki tegangan hingga 1 miliar volt, dan arus petir bisa mencapai 200 ribu ampere. Umur petir diperkirakan 0,1 hingga 1 detik.
Suhunya mencapai 6-10 ribu derajat Celcius.
Dan jika kita asumsikan energi listrik satu petir bisa mencapai 2500 kW/jam, dan satu keluarga yang terdiri dari tiga orang mengkonsumsi listrik 250 kW/jam per bulan, maka energi satu petir akan cukup untuk memenuhi kebutuhan keluarga tersebut. selama 10 bulan.

BISAKAH ANDA MEMUTUSKAN

Dua buah lampu listrik dengan daya 40 dan 100 W dirancang untuk tegangan yang sama.
Bandingkan resistansi filamen kedua lampu.

Ruangan tersebut diterangi oleh 40 buah lampu listrik dari senter yang dihubungkan secara seri dan ditenagai oleh jaringan kota. Setelah satu lampu padam, 39 lampu sisanya disambungkan kembali secara seri dan dicolokkan ke jaringan.
Kapan ruangan lebih terang: dengan 40 atau 39 lampu?

Kabel tembaga dan besi yang dihubungkan seri dengan panjang dan penampang yang sama dihubungkan ke baterai. Mana yang akan menonjol? lagi panas dalam waktu yang sama?

Dua buah penghantar yang panjangnya berbeda, tetapi penampang dan bahannya sama, dihubungkan sejajar satu sama lain dalam suatu rangkaian arus listrik. Manakah yang akan melepaskan lebih banyak panas?

Arus listrik sendiri tidak diperlukan. Yang penting bukan arusnya sendiri, tapi pengaruhnya.

Kerja arus listrik ditandai dengan kerja arus listrik.

Usaha adalah besaran yang mencirikan transformasi energi dari satu jenis ke jenis lainnya.

Misalnya ada energi kinetik, tetapi menjadi energi potensial, yaitu benda dalam keadaan bergerak, kemudian berhenti, naik ke ketinggian tertentu.

Mengenai arus listrik, kita telah mengetahui tentang pergerakan muatan listrik sepanjang suatu konduktor dan bahwa pergerakan ini terjadi di bawah pengaruhnya medan listrik, yaitu usaha yang dilakukan oleh medan listrik. Dan bekerjalah dalam hal ini menunjukkan bagaimana energi dari satu jenis, misalnya energi arus listrik, akan diubah menjadi jenis energi lain - mekanik, termal, dll.

Kerja arus listrik terutama dikaitkan dengan konsep tegangan listrik dan kekuatan saat ini.

Usaha yang dilakukan medan listrik merupakan hasil kali tegangan listrik dan muatan yang mengalir melalui penghantar.

Pernyataan ini berasal dari hubungan tegangan listrik.

Tegangan listrik adalah usaha yang dilakukan medan listrik untuk memindahkan muatan listrik q.

Muatan adalah produk dari arus dan waktu selama muatan ini mengalir melalui konduktor.

Pernyataan ini mengikuti hubungan dengan kekuatan saat ini.

Arus adalah perbandingan muatan dengan waktu selama muatan mengalir melalui suatu konduktor melalui penampang konduktor.

Mengganti rumus untuk mendefinisikan usaha , kita memperoleh ekspresi untuk menghitung kerja arus listrik, kerja medan listrik terhadap pergerakan muatan listrik.

Kerja - 1 Joule atau 1 J;

Tegangan - 1 Volt atau 1 V;

Kekuatan arus - 1 Ampere atau 1 A;

Waktu - 1 detik atau 1 detik.

Definisi

Kerja arus listrik sama dengan hasil kali kuat arus pada suatu bagian rangkaian, tegangan pada ujung-ujung bagian tersebut dan waktu selama arus mengalir melalui penghantar.

Pengoperasian arus listrik dikaitkan dengan perangkat yang memungkinkan untuk menentukan nilai besaran tersebut.

Tegangan ditentukan oleh alat yang disebut voltmeter. Dan untuk mengukur kekuatan arus yang mereka gunakan pengukur amper(Gbr. 1).

Beras. 1. Gambar voltmeter dan ammeter

Dengan menyalakan kedua perangkat ini rangkaian listrik Dengan mengamati pembacaan alat-alat tersebut, menentukan waktu dilakukannya pengukuran, kita menentukan besarnya kerja arus listrik. .

Perlu diketahui bahwa pembayaran listrik yang kami lakukan merupakan pembayaran khusus untuk pengoperasian arus listrik. Aksi arus listrik sama dengan aksi yang digunakan dalam teknologi, seperti alat pemanas, alat yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari (TV, radio, dll).

Usaha diukur dengan menggunakan amperemeter dan voltmeter, namun demikian terdapat alat tersendiri yang mampu langsung mengukur kerja arus listrik.

Pada pelajaran selanjutnya kita akan memperkenalkan konsep kekuasaan.

Referensi

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

1. Stoom.ru().
2. Fisika.ru ().
3. Kelas-fizika.narod.ru ().

Pekerjaan rumah

1. Hal.50, pertanyaan 1-4, hal.119, tugas 24 (1). Peryshkin A.V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.
2. Arus sebesar 0,5 A mengalir melalui rheostat dengan hambatan 5 Ohm. Hal ini diperlukan untuk menentukan berapa banyak kerja yang akan dihasilkan arus dalam waktu 4 jam (14,400 detik).
3. Alat apa saja yang dapat digunakan untuk mengukur kerja medan listrik?

Apakah kekuatan perangkat dihitung? Atau mungkin yang terakhir bisa diukur? Dan bagaimana menerapkan pengetahuan yang diperoleh dalam memecahkan masalah?

Pertanyaan seperti itu banyak muncul di kalangan siswa kelas VIII ketika mempelajari topik “Listrik”. Jawabannya cukup sederhana. Dan Anda tidak perlu menghafal rumusnya dalam waktu lama. Karena sangat mirip satu sama lain atau menggunakan yang sudah pernah dipelajari sebelumnya.

Kuantitas pertama: pekerjaan saat ini

Pertama kita perlu menyepakati notasi. Karena mungkin ada perbedaan di dalamnya.

Masing-masing menciptakan medan listrik yang menyebabkan elektron bebas bergerak. Artinya, timbul arus. Pada saat ini mereka mengatakan bahwa medan listrik bekerja. Inilah yang biasa disebut pekerjaan saat ini.

Medan listrik yang diciptakan oleh sumber arus dicirikan oleh tegangan. Ini mempengaruhi seberapa besar kerja yang dilakukan arus listrik ketika memindahkan satuan muatan. Oleh karena itu, rumus tegangan diperkenalkan:

Sangat mudah untuk mendapatkan rumus kerja darinya:

Sekarang perlu diingat kesetaraan yang diperkenalkan untuk kekuatan saat ini. Ini sama dengan rasio muatan yang ditransfer dengan waktu pergerakannya:

Oleh karena itu q = I * t. Mengganti huruf q pada rumus usaha dengan ekspresi terakhir, kita mendapatkan rumus berikut:

Ini pandangan umum persamaan dimana kerja arus listrik dapat dihitung. Rumusnya sedikit berubah jika hukum Ohm diterapkan. Menurutnya, tegangan sama dengan hasil kali arus dan hambatan. Maka persamaan berikut akan benar:

A = Saya 2 * R * t.

Anda tidak dapat mengganti tegangan, tetapi arus. Sama dengan hasil bagi U dan R. Maka rumus kerjanya akan seperti ini:

SEBUAH = (U 2 * t)/R.

Kuantitas kedua: kekuatan saat ini

Rumus umumnya sama dengan mekanika. Artinya, ini didefinisikan sebagai usaha yang dilakukan per satuan waktu.

Hal ini menunjukkan bahwa kerja dan daya arus listrik saling berhubungan. Untuk mendapatkan persamaan yang lebih spesifik, Anda perlu mengganti pembilangnya dengan menggunakan rumus umum untuk bekerja. Kemudian menjadi jelas bagaimana menentukan daya, mengetahui kuat arus dan tegangan rangkaian.

Selain itu, kekuatannya bisa diukur. Untuk tujuan ini ada perangkat khusus, yang disebut wattmeter.

hukum Joule-Lenz

Fenomena pemanasan konduktor ditemukan oleh ilmuwan Perancis A. Fourquois. Ini terjadi pada tahun 1880. 41 tahun kemudian dijelaskan oleh fisikawan Inggris J.P. Joule dan setahun kemudian dikonfirmasi secara eksperimental oleh fisikawan Rusia E.H. Lenz. Dengan nama dua ilmuwan terakhir mereka mulai menyebut pola yang ditemukan.

Ini melibatkan dua besaran: jumlah panas dan kerja arus listrik. Hukum Joule-Lenz menyatakan bahwa semua kerja pada konduktor stasioner digunakan untuk memanaskannya. Artinya, sebuah konduktor yang membawa arus mengeluarkan sejumlah panas yang sama dengan hasil kali resistansi, waktu, dan kuadrat arus. Rumusnya terlihat sama dengan yang diberikan untuk bekerja:

Q = Saya 2 * R * t.

Tugas definisi pekerjaan

Kondisi. Hambatan sebuah lampu senter adalah 14 ohm. Tegangan yang diberikan oleh baterai adalah 3,5 V. Berapa usaha yang dilakukan arus jika senter bekerja selama 2 menit?

Larutan. Karena tegangan, hambatan dan waktu diketahui, maka perlu menggunakan rumus berikut: A = (U 2 * t)/R. Pertama-tama Anda perlu mengubah waktu menjadi satuan SI, yaitu detik. Jadi, Anda perlu mengganti bukan 2 menit, tetapi 120 detik ke dalam rumus.

Perhitungan sederhana menghasilkan nilai berikut untuk pekerjaan saat ini: 105 J.

Menjawab. Usahanya 105 J.

Masalah listrik

Kondisi. Penting untuk menentukan berapa kerja dan daya arus listrik pada belitan motor listrik. Diketahui kuat arus yang ada di dalamnya adalah 90 A pada tegangan 450 V. Motor listrik tetap menyala selama satu jam.

Setelah mensubstitusi nilai-nilai dan melakukan operasi aritmatika sederhana, diperoleh nilai usaha berikut: 145800000 J. Lebih mudah untuk menuliskannya dalam jawaban dalam satuan yang lebih besar. Misalnya, megajoule. Untuk melakukan ini, hasilnya harus dibagi satu juta. Usahanya ternyata 145,8 MJ.

Sekarang Anda perlu menghitung kekuatan motor listrik. Perhitungan akan dilakukan sesuai rumus: P = U * I. Setelah dikalikan, diperoleh angka: 40500 W. Untuk menuliskannya dalam kilowatt, Anda perlu membagi hasilnya dengan seribu.

Menjawab. A = 145,8 MJ, P = 40,5 kW.

Masalah perhitungan tegangan

Kondisi. Kompor listrik sudah dicolokkan selama 20 menit. Berapakah tegangan dalam jaringan jika pada arus 4 A usahanya sama dengan 480 kJ?

Larutan. Karena usaha dan kuat arus diketahui, maka perlu menggunakan rumus berikut: A = U * I * t. Di sini tegangan merupakan faktor yang tidak diketahui. Harus dihitung sebagai hasil bagi hasil kali dan faktor yang diketahui, yaitu: U = A / (I * t).

Sebelum melakukan perhitungan, Anda perlu mengubah nilainya menjadi satuan SI. Yaitu usaha dalam Joule dan waktu dalam hitungan detik. Ini akan menjadi 480.000 J dan 1200 s. Sekarang yang tersisa hanyalah menghitung semuanya.

Menjawab. Tegangannya 100 V.

Dari mata kuliah fisika diketahui bahwa salah satu ciri suatu benda adalah kemampuannya untuk melakukan usaha, karena usaha tersebut tidak lebih dari transformasi suatu jenis energi menjadi energi lain (misalnya potensial menjadi kinetik). Ini harus diperhitungkan hukum terkenal konservasi energi, dirumuskan pada abad ke-18 oleh M.V. Lomonosov, yang menurutnya energi tidak pernah hilang kemana-mana, hanya berubah, mengambil bentuk yang berbeda. Semua hal di atas berlaku tidak hanya pada benda padat, tetapi juga pada jenis materi lain, termasuk arus listrik.

Seperti yang telah lama dibuktikan, ketika bergerak sepanjang bagian tertentu dari rangkaian, partikel-partikel ini membentuk medan listrik yang menghasilkan arus - ini adalah jumlah energi yang harus dikeluarkan untuk mentransfer muatan sepanjang rangkaian tertentu pekerjaan saat ini bermanfaat dan efektif. Sebagian besar energi dihabiskan untuk itu muatan listrik mengatasi resistensi partikel elementer, terletak di konduktor dan di sumber rangkaian.

Usaha arus listrik yang rumusnya sebagai berikut dari teks di atas, A = U.Q, adalah karakteristik yang paling penting ini tipe khusus urusan. Dalam rumus ini, U mewakili bagian rantai, dan Q adalah ekspresi kuantitatif muatan yang dibawa sepanjang bagian tertentu.

Namun, kerja arus listrik itu sendiri tidak akan menjadi perhatian khusus jika tidak ditemukan pola yang menghubungkan kerja ini dan besaran yang dilepaskan hampir bersamaan. Pola ini ditemukan oleh dua fisikawan terkenal - Lenz dan Joey Prescott, itulah sebabnya hukum dalam komunitas ilmiah disebut “hukum Joule-Lenz”. Menurut hukum ini, ternyata jumlah (atau daya) panas yang dilepaskan dalam volume tertentu ketika partikel bermuatan mengalir melaluinya berbanding lurus dengan hasil kali kuat medan dan rapat arus listrik yang mengalir melalui suatu daerah tertentu. hukum ini sangat penting untuk menghitung kerugian listrik selama transmisi melalui kabel jarak jauh.

Kerja arus listrik berhubungan langsung dengan besaran penting lainnya - daya. Dalam fisika yang kami maksud karakteristik kuantitatif konversi dan kecepatan transmisi energi listrik. Daya diukur dalam kilowatt-jam, sedangkan usaha yang dilakukan oleh arus listrik diukur dalam joule.

Untuk menerima kekuatan maksimum arus dari sumber tertentu, perlu mempertimbangkan karakteristik sumber ini, serta fakta bahwa rangkaian eksternal harus sebanding satu sama lain, dalam hal ini jika tidak semua pekerjaan yang dilakukan akan digunakan untuk mengatasi perbedaan resistensi.

Kerja arus listrik adalah yang terpenting karakteristik fisik, yang harus diperhitungkan di hampir semua industri, serta dalam produksi dan transmisi energi jarak jauh.