Energie electrica.În natură și tehnologie, procesele de conversie a energiei de la un tip la altul au loc continuu (Fig. 30). În surse energie electrica tipuri diferite energiile sunt transformate în energie electrică. De exemplu, în generatoare electrice 1, antrenată în rotație de un mecanism, energia mecanică este transformată în energie electrică, în termogeneratoarele 2 - energie termică, în bateriile 9 când sunt descărcate și celule galvanice 10 - chimic, în fotocelule 11 - radiant.
Receptorii de energie electrică, dimpotrivă, transformă energia electrică în alte tipuri de energie - termică, mecanică, chimică, radiantă etc. De exemplu, în motoarele electrice 3 energia electrică este transformată în energie mecanică, în dispozitivele electrice de încălzire 5 în termică. energie, în băile electrolitice 8 și bateriile 7 când sunt încărcate - într-una chimică, în lămpi electrice ah 6 - în radiant și termic, în antene sunt 4 emițătoare radio - în radiant.

Măsura energiei este munca. Lucrul W efectuat de un curent electric într-un timp t la o tensiune cunoscută U și curentul I este egal cu produsul dintre tensiune și curent și durata acțiunii sale:

W=UIt (29)

Lucrul efectuat de un curent electric de 1 A la o tensiune de 1 V timp de 1 s este luat ca unitate de energie electrică. Această unitate se numește joule (J). Joule, care mai este numit și watt-secunda (W*s), este o unitate de măsură foarte mică, așa că în practică se folosesc unități mai mari pentru măsurarea energiei electrice - watt-oră (1 Wh = 3600 J), kilowatt- oră (1 kW*h = 1000 W*h = 3,6*10 6 J), megawat-oră (1 MW*h=1000 kW*h=3,6*10 9 J).

Energie electrică. Energia primită de receptor sau furnizată de sursa de curent în decurs de 1 s se numește putere. Puterea P la valori constante ale lui U și I este egală cu produsul dintre tensiunea U și curentul I:

P=UI(30)

Folosind legea lui Ohm pentru a determina curentul și tensiunea în funcție de rezistența R și conductivitatea G, pot fi obținute alte expresii pentru putere. Dacă înlocuim tensiunea U=IR sau curentul I=U/R=UG în formula (30), obținem

P = I 2 R (31)

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

Prin urmare, puterea electrică este egală cu pătratul curentului și rezistența, sau pătratul tensiunii împărțit la rezistență, sau pătratul tensiunii înmulțit cu conductivitate.

Puterea care este creată de un curent de 1 A la o tensiune de 1 V este luată ca unitate de putere și se numește watt (W). În tehnologie, puterea se măsoară în unități mai mari: kilowați (1 kW = 1000 W) și megawați (1 MW = 1.000.000 W).

Pierderi de energie și coeficient acțiune utilă. Când se transformă energia electrică în alte tipuri de energie, sau invers, nu toată energia este convertită în tipul necesar de energie, o parte din ea este cheltuită (pierdută) neproductiv pentru a depăși frecarea în rulmenții mașinii, firele de încălzire etc. Aceste energie pierderile sunt inevitabile în orice mașină și orice aparat.
Raportul dintre puterea furnizată de o sursă sau receptor de energie electrică și puterea pe care o primește se numește eficiența sursei sau receptorului. Eficiență (eficiență)

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

P 2 - putere de ieșire (utilă);
P 1 - puterea primită;
?P - pierdere de putere.

Eficiența este întotdeauna mai mică decât unitate, deoarece în orice mașină și orice aparat există pierderi de energie. Uneori, eficiența este exprimată ca procent. Astfel, motoarele de tracțiune ale locomotivelor electrice și diesel au o eficiență de 86-92%, transformatoare puternice- 96-98%, substații de tracțiune - 94-96%, reteaua de contact electrificată căi ferate- aproximativ 90%, generatoare de locomotive diesel - 92-94%.
Să luăm în considerare, ca exemplu, distribuția energiei într-un circuit electric (Fig. 31). Generatorul 1, care alimentează acest circuit, primește putere mecanică P mx = 28,9 kW de la motorul primar 2 (de exemplu, un motor diesel) și furnizează putere electrica R el = 26 kW (2,9 kW sunt pierderi de putere în generator). Prin urmare, are eficiență? genă = R el / R mx = 26/28,9 = 0,9.

Puterea R el = 26 kW furnizată de generator este cheltuită pentru alimentarea lămpilor electrice (6 kW), încălzirea sobelor electrice (7,2 kW) și alimentarea motorului electric (10,8 kW). O parte din putere P pr = 2 kW se pierde din cauza încălzirii inutile a firelor care conectează generatorul la consumatori.

În fiecare receptor de energie electrică apar și pierderi de putere. ÎN motor electric 3 pierderi de putere sunt de 0,8 kW (primește 10,8 kW de putere din rețea, dar furnizează doar 10 kW), deci eficiența ?dv = 10/10,8 = 0,925. Din puterea de 6 kW primită de lămpi, doar o mică parte este folosită pentru a crea energie radiantă, cea mai mare parte este disipată inutil ca căldură. Într-o sobă electrică, nu toată puterea de 7,2 kW primită este folosită pentru încălzirea alimentelor, deoarece o parte din căldura pe care o creează este disipată în spațiul înconjurător. Atunci când se iau în considerare circuitele electrice, împreună cu determinarea curenților și tensiunilor asupra cărora acționează zone separate, este necesar să se determine puterea transmisă prin ele. În acest caz, trebuie respectat așa-numitul bilanț energetic al capacităților. Aceasta înseamnă că puterea primită de orice dispozitiv (sursă de curent sau consumator) sau secțiune a circuitului electric trebuie să fie egală cu suma puterii pe care o furnizează și a pierderilor de putere care apar în acest aparat sau secțiune a lanțului.

Loc de munca curent electric arată cât de multă muncă a fost efectuată de câmpul electric la deplasarea sarcinilor de-a lungul unui conductor.

Cunoscând două formule:

I = q/t..... Și..... U = A/q
Puteți obține o formulă pentru calcularea lucrului curentului electric:

Lucrul unui curent electric este egal cu produsul dintre puterea curentului și tensiunea și timpul în care curentul curge în circuit.

Unitatea de măsură a lucrului curent electric în sistemul SI:

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

ÎNVĂȚĂ-L, VA FI UTIL

Când se calculează munca curentului electric, este adesea folosit
unitate multiplă de curent electric în afara sistemului: 1 kWh (kilowatt-oră).

INTERESANT

La un moment dat, J. Watt a propus o astfel de unitate ca „cai putere” ca unitate de putere. Această unitate de măsură a supraviețuit până în zilele noastre. Dar în Anglia, în 1882, Asociația Britanică a Inginerilor a decis să atribuie numele de J. Watt unei unități de putere. Acum numele James Watt poate fi citit pe orice bec.
Aceasta a fost prima dată în istoria tehnologiei când o unitate de măsură a primit propriul nume.
Din acest incident a început tradiția de a atribui nume proprii unităților de măsură.

Ei spun că...
Un bere a cumpărat unul dintre motoarele cu abur ale lui Watt pentru a înlocui calul care conducea pompa de apă. La alegere puterea necesară a mașinii cu abur, producătorul de bere a definit forța de muncă a calului ca fiind opt ore de muncă non-stop până când calul a fost complet epuizat. Calculul a arătat că în fiecare secundă calul ridica 75 kg de apă la o înălțime de 1 metru, care a fost luată ca unitate de putere de 1 cal putere.

ȘTII

Curentul care curge în bobinele lămpilor electrice le încălzește la o temperatură foarte ridicată.
Prin urmare, pentru ca spiralele să dureze mai mult, ele sunt închise în cilindri de sticlă umpluți cu lămpi. de mare putere gaz inert.

În cilindrii lămpii putere redusă(până la 40 W) - vid. Pentru ca lampa să funcționeze mai mult timp, temperatura filamentului unor astfel de lămpi este mai scăzută, iar lumina are o nuanță galbenă.

Electricitatea atmosferică este periculoasă deoarece se manifestă sub formă de descărcări liniare (fulgere), care apar pe planeta noastră de aproximativ 100 de ori pe secundă. Sarcinile electrice atmosferice pot avea o tensiune de până la 1 miliard de volți, iar curentul fulgerului poate ajunge la 200 de mii de amperi. Durata de viață a fulgerului este estimată între 0,1 și 1 secundă.
Temperatura ajunge la 6-10 mii de grade Celsius.
Și dacă presupunem că energia electrică a unui fulger poate fi de 2500 kW/oră, iar o familie de trei persoane consumă 250 kW/oră de energie electrică pe lună, atunci energia unui fulger ar fi suficientă pentru a satisface nevoile acestei familii. timp de 10 luni.

POȚI DECIZI

Două lămpi electrice, a căror putere este de 40 și 100 W, sunt proiectate pentru aceeași tensiune.
Comparați rezistențele de filament ale ambelor lămpi.

Camera este iluminată de 40 de lămpi electrice de la o lanternă, conectate în serie și alimentate de la rețeaua orașului. După ce o lampă s-a ars, restul de 39 au fost din nou conectate în serie și conectate la rețea.
Când a fost camera mai luminoasă: cu 40 sau 39 de lămpi?

Firele de cupru și fier conectate în serie de aceeași lungime și secțiune transversală sunt conectate la baterie. Care va ieși în evidență? cantitate mare incalzire in aceeasi perioada de timp?

Doi conductori de lungimi diferite, dar de aceeași secțiune transversală și material, sunt conectați paralel unul cu celălalt într-un circuit de curent electric. Care dintre ele va elibera mai multă căldură?

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 influență câmp electric, adică munca este realizată de câmpul electric. Și lucrează în în acest caz, arată modul în care energia de un tip, de exemplu, energia curentului electric, va fi convertită în alte tipuri de energie - mecanică, termică etc.

Munca curentului electric este asociată, în primul rând, conceptului tensiune electricăși puterea curentului.

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 muncii 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 dintr-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 pornirea acestor două dispozitive circuit electric Prin observarea citirilor acestor instrumente, determinând timpul în care sunt efectuate 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 se folosește 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.: Gutarda, 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.: Gutarda, 2010.
2. Un curent de 0,5 A trece printr-un reostat cu o rezistență de 5 Ohmi. Este necesar să se determine cât de multă muncă va produce curentul în decurs de 4 ore (14.400 sec.).
3. Ce instrumente pot fi folosite pentru a măsura munca unui câmp electric?

Este calculată puterea dispozitivului? Sau poate că acesta din urmă poate fi măsurat? Și cum să aplici cunoștințele dobândite la rezolvarea problemelor?

Astfel de întrebări apar pentru mulți elevi de clasa a opta atunci când studiază subiectul „Electricitate”. Răspunsul la ele este destul de simplu. Și nu va trebui să memorezi formulele pentru o lungă perioadă de timp. Pentru că sunt foarte asemănătoare între ele sau le folosesc pe cele care au fost deja studiate.

Prima cantitate: lucru curent

Mai întâi trebuie să cădem de acord asupra notării. Pentru că pot exista diferențe între ele.

Fiecare creează un câmp electric care face ca electronii liberi să se miște. Adică ia naștere un curent. În acest moment se spune că câmpul electric funcționează. Aceasta este ceea ce se numește în mod obișnuit munca curentă.

Câmpul electric creat de o sursă de curent este caracterizat de tensiune. Afectează cât de mult lucrează un curent electric atunci când mișcă o unitate de încărcare. Prin urmare, se introduce o formulă pentru tensiune:

Este ușor să deduceți formula de lucru din aceasta:

Acum merită să ne amintim egalitatea care este introdusă pentru puterea actuală. Este egal cu raportul dintre sarcina transferată și timpul mișcării sale:

Prin urmare q = I * t. Înlocuind litera q în formula de lucru cu ultima expresie, obținem următoarea formulă:

Acest forma generala egalitate prin care se poate calcula munca curentului electric. Formula se va schimba ușor dacă se aplică legea lui Ohm. Potrivit acestuia, tensiunea este egală cu produsul dintre curent și rezistență. Atunci următoarea egalitate va fi adevărată:

A = I 2 * R * t.

Puteți înlocui nu tensiunea, ci curentul. Este egal cu câtul dintre U și R. Atunci formula de lucru va arăta astfel:

A = (U 2 * t)/R.

A doua cantitate: putere curentă

Formula generală pentru aceasta este aceeași ca și în mecanică. Adică, este definită ca muncă efectuată pe unitatea de timp.

Acest lucru arată că munca și puterea curentului electric sunt interconectate. Pentru a obține o egalitate mai specifică, va trebui să înlocuiți numărătorul folosind formula generala pentru munca. Apoi devine clar cum se determină puterea, cunoscând puterea curentului și tensiunea circuitului.

În plus, puterea poate fi măsurată. În acest scop există dispozitiv special, care se numește wattmetru.

Legea Joule-Lenz

Fenomenul de încălzire a conductorilor a fost descoperit de omul de știință francez A. Fourquois. Acest lucru s-a întâmplat în 1880. 41 de ani mai târziu a fost descrisă de fizicianul englez J.P.Joule și un an mai târziu confirmată experimental de fizicianul rus E.H. Lenz. Pe numele ultimilor doi oameni de știință au început să numească tiparul descoperit.

Implică două cantități: cantitatea de căldură și munca curentului electric. Legea Joule-Lenz afirmă că toată munca dintr-un conductor staționar merge spre încălzirea acestuia. Adică, un conductor care transportă curent emite o cantitate de căldură egală cu produsul rezistenței sale, timpul și pătratul curentului. Formula arată la fel cu cea dată pentru a funcționa:

Q = I 2 * R * t.

Sarcina de definire a postului

Condiție. Rezistența unui bec de lanternă este de 14 ohmi. Tensiunea furnizată de baterie este de 3,5 V. Care va fi munca făcută de curent dacă lanterna a funcționat 2 minute?

Soluţie. Deoarece tensiunea, rezistența și timpul sunt cunoscute, este necesar să se folosească următoarea formulă: A = (U 2 * t)/R. Mai întâi trebuie să convertiți timpul în unități SI, adică secunde. Astfel, trebuie să înlocuiți nu 2 minute, ci 120 de secunde în formulă.

Calculele simple conduc la următoarea valoare pentru lucrarea curentă: 105 J.

Răspuns. Lucrarea este de 105 J.

Problemă de determinare a puterii

Condiție. Este necesar să se determine cu ce este egală munca și puterea curentului electric din înfășurarea motorului electric. Se știe că puterea curentului în el este de 90 A la o tensiune de 450 V. Motorul electric rămâne pornit timp de o oră.

După înlocuirea valorilor și efectuarea unor operații aritmetice simple, se obține următoarea valoare pentru lucru: 145800000 J. Este mai convenabil să o scrieți în răspuns în unități mai mari. De exemplu, megajouli. Pentru a face acest lucru, rezultatul trebuie împărțit la un milion. Lucrarea se dovedește a fi 145,8 MJ.

Acum trebuie să calculați puterea motorului electric. Calculele se vor efectua după formula: P = U * I. După înmulțire, numărul obținut este: 40500 W. Pentru a o scrie în kilowați, trebuie să împărțiți rezultatul la o mie.

Răspuns. A = 145,8 MJ, P = 40,5 kW.

Problema de calcul a tensiunii

Condiție. Aragazul electric a fost conectat la priză de 20 de minute. Care este tensiunea în rețea dacă, la un curent de 4 A, lucrul este egal cu 480 kJ?

Soluţie. Deoarece lucrul și puterea curentului sunt cunoscute, trebuie să utilizați următoarea formulă: A = U * I * t. Aici tensiunea este un factor necunoscut. Acesta trebuie calculat ca coeficientul produsului si un factor cunoscut, adica: U = A / (I * t).

Înainte de a face calcule, trebuie să convertiți valorile în unități SI. Și anume, lucrul în Jouli și timpul în secunde. Acesta va fi 480.000 J și 1200 s. Acum nu mai rămâne decât să numărăm totul.

Răspuns. Tensiunea este de 100 V.

Se știe dintr-un curs de fizică că una dintre caracteristicile oricărui corp este capacitatea sa de a lucra, deoarece aceasta din urmă nu este altceva decât transformarea unui tip de energie în altul (de exemplu, potențial în cinetică). Ar trebui luat în considerare lege faimoasa conservarea energiei, formulată încă în secolul al XVIII-lea de M.V. Lomonosov, conform căruia energia nu dispare niciodată nicăieri, ea doar se schimbă, ia o altă formă. Toate cele de mai sus se aplică în mod egal nu numai solidelor, ci și altor tipuri de materie, inclusiv curentului electric.

După cum s-a dovedit de mult timp, deplasându-se de-a lungul unei anumite secțiuni a circuitului, aceste particule formează un câmp electric care produce un curent - aceasta este cantitatea de energie care trebuie cheltuită pentru a transfera o sarcină de-a lungul unui circuit dat. Cu toate acestea, nu toate munca curentului este utilă și eficientă. O parte destul de semnificativă din energie este cheltuită incarcare electrica a învins rezistența particule elementare, situat în conductor și în sursa circuitului.

Lucrul curentului electric, a cărui formulă, după cum reiese din textul de mai sus, A = U.Q, este cea mai importantă caracteristică acest tip special materie. În această formulă, U reprezintă o secțiune a lanțului, iar Q este o expresie cantitativă a sarcinii purtate de-a lungul unei secțiuni date.

Cu toate acestea, munca curentului electric în sine nu ar fi de interes deosebit dacă nu s-ar fi găsit un model care să lege această lucrare și cantitatea eliberată.Acest model a fost descoperit aproape simultan de doi fizicieni celebri - Lenz și Joey Prescott, motiv pentru care dreptul în comunitatea științifică a primit denumirea de „lege Joule-Lenz”. Conform acestei legi, se dovedește că cantitatea (sau puterea) de căldură care este eliberată într-un anumit volum atunci când particulele încărcate curg prin acesta este direct dependentă de produsul intensității câmpului și densitatea curentului electric care curge printr-un zonă dată. Această lege are o mare importanță pentru calcularea pierderilor de energie electrică în timpul transmiterii acesteia prin fire pe distanțe mari.

Lucrul curentului electric este cel mai direct legat de o altă cantitate importantă - puterea. În fizică ne referim caracteristici cantitative viteza de conversie si transmisie a energiei electrice. Puterea este măsurată în kilowați-oră, în timp ce munca efectuată de curentul electric este măsurată în jouli.

Pentru obtinerea putere maxima curent de la o anumită sursă, este necesar să se țină seama de caracteristicile acestei surse, precum și de faptul că circuitul extern trebuie să fie comparabil între ele, în in caz contrar toată munca depusă va merge pentru a depăși diferența de rezistență.

Lucrul curentului electric este cel mai important caracteristici fizice, care trebuie luate în considerare în aproape toate industriile, precum și în producerea și transportul energiei pe distanțe lungi.