Як обчислити роботу електричного струму? Ми вже знаємо, що напруга на кінцях ділянки кола чисельно дорівнює роботі, яка відбувається при проходженні по цій ділянці електричного заряду в 1 Кл. При проходженні по цьому ж ділянці електричного заряду, однаково не 1 Кл, а, наприклад, 5 Кл, вчинена робота буде в 5 разів більше. Таким чином, щоб визначити роботу електричного струму на якій-небудь ділянці ланцюга, треба напругу на кінцях цієї ділянки ланцюга помножити на електричний заряд (кількість електрики), що пройшов по ньому:
де А - робота, U - напруга, q - електричний заряд. Електричний заряд, що пройшов по ділянці ланцюга, можна визначити, вимірявши силу струму і час його проходження:
Використовуючи це співвідношення, отримаємо формулу роботи електричного струму, якою зручно користуватися при розрахунках:
Робота електричного струму на ділянці ланцюга дорівнює добутку напруги на кінцях цієї ділянки на силу струму і на час, протягом якого відбувалася робота.
Роботу вимірюють в джоулях, напруга - в вольтах, силу струму - в амперах і час - в секундах, тому можна написати:
1 джоуль = 1 вольт х 1 ампер х 1 секунду,
1 Дж = 1 В • А • с.
Виходить, що для вимірювання роботи електричного струму потрібні три прилади: вольтметр, амперметр і годинник. На практиці роботу електричного струму вимірюють спеціальними приладами - лічильниками. У пристрої лічильника як би поєднуються три названих вище приладу. Лічильники електроенергії зараз можна бачити майже в кожній квартирі.
Приклад. Яку роботу виконує електродвигун за 1 год, якщо сила струму в ланцюзі електродвигуна 5 А, напруга на його клемах 220 В? ККД двигуна 80%.
Запишемо умову задачі і вирішимо її.
Ми знаємо, що потужність чисельно дорівнює роботі, зробленої в одиницю часу. Отже, щоб знайти середню потужність електричного струму, треба його роботу розділити на час:
де Р - потужність струму (механічну потужність ми позначали буквою N).
Робота електричного струму дорівнює добутку напруги на силу струму і на час: А = UIt, отже,
P = A / t = UIt / t = UI.
Таким чином, потужність електричного струму дорівнює добутку напруги на силу струму, або
З цієї формули можна визначити, що
U = P / I, I = P / U
За одиницю потужності, як відомо, прийнятий ват; 1 Вт - 1 Дж / с. З формули Р = UI слід, що 1 ват = 1 вольт х 1 ампер, або 1 Вт = 1 В • А.
Використовують також одиниці потужності, кратні вату: гектоватт (гВт), кіловат (кВт), мегават (МВт).
1 гВт = 100 Вт;
1 кВт = 1000 Вт;
1 МВт = 1 000 000 Вт.
Виміряти потужність електричного струму можна за допомогою вольтметра і амперметра. Щоб обчислити шукану потужність, необхідна напруга помножити на силу струму. Значення сили струму і напруга визначають за показниками приладів.
Існують спеціальні прилади - ватметри. які безпосередньо вимірюють потужність електричного струму в ланцюзі.
Домашня робота.
- Чому дорівнює електрична напруга на ділянці кола?
- Як через напругу і електричний заряд, що пройшов через ділянку ланцюга, висловити роботу електричного струму на цій ділянці?
- Як висловити роботу струму через напругу, силу струму і час?
- Якими приладами вимірюють роботу електричного струму?
- Що називають потужністю?
- Як розрахувати потужність?
- Як виражається потужність електричного струму через напругу і силу струму?
- Що приймають за одиницю потужності?
- Як виражається одиниця потужності через одиниці напруги і сили струму?
- Які одиниці потужності використовують в практиці?
- Скільки часу буде потрібно електричного струму, щоб при напрузі 100 В і силі струму 0,2 А зробити в ланцюзі роботу 400 Дж?
- Визначте напругу на ділянці ланцюга, в якому за 0,5 хв відбувається робота, рівна 60 Дж, при силі струму 0,1 А.
- Визначте потужність струму в електроламп, включеної в мережу напругою 220 В, якщо сила струму в ній дорівнює 0,8 А.
До заняття прикріплений файл «Збираємо елементарно електричний мотор будинку.». Ви можете завантажити файл в будь-який зручний для вас час.