VATA LIKUMS: KAS TAS IR, PIEMĒRI, PIELIETOJUMI - FIZISKĀ - 2025

Likums Watt tiek piemērota elektriskajām ķēdēm un nosaka, ka elektroenerģija P piegādā ķēdes elements ir tieši proporcionāls starp sprieguma V ķēdes un pašreizējā I plūst caur to.

Elektroenerģija ir ļoti svarīgs jēdziens, jo tas norāda, cik ātri elements pārveido elektrisko enerģiju citā enerģijas veidā. Matemātiski šī Vata likuma definīcija ir izteikta šādi:

1. attēls. Elektriskā jauda norāda, cik ātri tiek pārveidota elektriskā enerģija. Avots: Pixabay

Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) jaudas vienību sauc par vatiem un saīsināti W, par godu Džeimsam Vatam (1736-1819), Skotijas inženieru rūpniecības revolūcijas pionierim. Tā kā jauda ir enerģija vienā laika vienībā, 1 W ir vienāds ar 1 džoulu / sekundē.

Mēs visi vienā vai otrā veidā esam pazīstami ar elektroenerģijas jēdzienu. Piemēram, sadzīves elektrisko ierīču, ko parasti izmanto, vienmēr ir norādīta jauda, ​​cita starpā ieskaitot spuldzes, elektriskos degļus vai ledusskapjus.

Vata likums un ķēdes elementi

Vata likums attiecas uz shēmas elementiem ar atšķirīgu izturēšanos. Tas var būt akumulators, rezistors vai cits. Starp elementa galiem un strāvas plūsmu no A uz B tiek noteikta potenciālo starpība V _B - V _A = V _AB , kā parādīts šajā attēlā:

2. attēls. Ķēdes elements, kurā ir noteikta potenciāla starpība. Avots: F. Zapata.

Ļoti īsā laikā dt pāriet noteikts lādiņš dq, tāpēc par to paveikto darbu dod:

Kur dq ir saistīts ar strāvu kā:

Tātad:

Un tā kā jauda ir darbs laika vienībā:

-Ja V _AB > 0, lādiņi, kas iziet cauri elementam, iegūst potenciālo enerģiju. Elements piegādā enerģiju no kāda avota. Tas varētu būt akumulators.

3. attēls. Baterijas enerģija. Avots: F. Zapata.

-Ja V _AB <0, lādiņi zaudē potenciālo enerģiju. Elements izkliedē enerģiju, piemēram, rezistors.

4. attēls. Pretestība pārveido enerģiju siltumā. Avots: F. Zapata.

Ņemiet vērā, ka avota piegādātā jauda nav atkarīga tikai no sprieguma, bet arī no strāvas. Tas ir svarīgi, lai izskaidrotu, kāpēc automašīnu akumulatori ir tik lieli, ņemot vērā, ka tie tik tikko piegādā 12 V spriegumu.

Notiek tas, ka startera motoram uz īsu laiku ir nepieciešama liela strāva, lai nodrošinātu nepieciešamo jaudu automašīnas iedarbināšanai.

Vata likums un Ohma likums

Ja ķēdes elements ir rezistors, Vata likumu un Ohma likumu var apvienot. Pēdējā teikts, ka:

Kas, aizstājot Vata likumus, noved pie:

Var iegūt arī versiju atkarībā no sprieguma un pretestības:

Iespējamās kombinācijas starp četriem lielumiem: jauda P, strāva I, spriegums V un pretestība R ir parādītas diagrammā 5. attēlā. Saskaņā ar problēmas sniegtajiem datiem tiek izvēlētas ērtākās formulas.

Piemēram, pieņemsim, ka noteiktā problēmā jums tiek lūgts atrast pretestību R, kas atrodas kartes apakšējā kreisajā ceturtdaļā.

Atkarībā no daudzumiem, kuru vērtība ir zināma, tiek izvēlēts viens no trim saistītajiem vienādojumiem (zaļā krāsā). Piemēram, pieņemsim, ka V un es ir zināmi, tad:

Ja tā vietā ir zināmi P un I un tiek pieprasīta pretestība, izmantojiet:

Visbeidzot, kad ir zināmi P un V, pretestību iegūst:

5. attēls. Vata likuma un Ohma likuma formulas. Avots: F. Zapata.

Lietojumprogrammas

Vata likumu var piemērot elektriskajās ķēdēs, lai atrastu elementa piegādāto vai patērēto elektroenerģiju. Spuldzes ir labi Vata likuma piemērošanas piemēri.

1. piemērs

Īpašā spuldzē, lai iegūtu vairākus apgaismojumus vienā, ir divi volframa pavedieni, kuru pretestība ir R _A = 48 omi un R _B = 144 omi. Tie ir savienoti ar trim punktiem, kas apzīmēti ar 1, 2 un 3, kā parādīts attēlā.

Ierīci kontrolē ar slēdžiem, lai izvēlētos spaiļu pārus, kā arī pievienotu to tīklam 120 V. Atrodiet visas iespējamās jaudas, kuras var iegūt.

6. attēls. Izstrādātā piemēra shēma. 1. Avots. D. Figueroa. Fizika zinātnei un inženierijai.

Risinājums

- Kad ir savienoti 1. un 2. spaile, paliek aktivizēts tikai rezistors R _A. Tā kā mums ir spriegums, kas ir 120 V, un pretestības vērtība, šīs vērtības ir tieši aizstātas vienādojumā:

- Pieslēdzot 2. un 3. spaili, tiek aktivizēts rezistors R _B , kura jauda ir:

- 1. un 3. spaile ļauj rezistorus savienot virknē. Līdzvērtīga pretestība ir:

Tādējādi:

- visbeidzot, atlikušā iespēja ir savienot rezistorus paralēli, kā parādīts d) diagrammā. Līdzvērtīga pretestība šajā gadījumā ir:

Tāpēc ekvivalentā pretestība ir R _eq = 36 omi. Ar šo vērtību jauda ir:

2. piemērs

Papildus vatam vēl viena plaši izmantota jaudas vienība ir kilovati (vai kilovati), saīsināti kā kW. 1 kW ir vienāds ar 1000 vatiem.

Uzņēmumi, kas mājām piegādā elektrību, rēķina par patērēto enerģiju, nevis par enerģiju. Viņu izmantotā vienība ir kilovatstunda (kW-h), kas, neraugoties uz vata nosaukumu, ir enerģijas vienība.

a) Pieņemsim, ka mājsaimniecība attiecīgajā mēnesī patērē 750 kWh. Kāda būs elektrības rēķina summa par šo mēnesi? Tiek ievērots šāds patēriņa plāns:

- Pamatlikme: USD 14,00.

- Cena: 16 centi / kWh līdz 100 kWh mēnesī.

- Nākamie 200 kWh mēnesī ir 10 centu / kWh vērtībā.

- Un virs 300 kWh mēnesī tiek iekasēti 6 centi / kWh.

b) Atrodiet vidējās elektroenerģijas izmaksas.

Risinājums

- Klients mēnesī patērē 750 kW-h, tāpēc pārsniedz katrā posmā norādītās izmaksas. Pirmajiem 100 kWh naudas vērtība ir: 100 kWh x 16 centi / kWh = 1600 centi = 16,00 USD

- Nākamo 200 kWh izmaksas ir: 200 kWh x 10 centi / kWh = 2000 centi = 20,00 USD.

- Virs šiem 300 kW-h klients patērē vairāk par 450 kW-h, kopumā par 750 kW-h. Izmaksas šajā gadījumā ir: 450 kWh x 6 centi / kWh = 2700 centi = 27,00 USD.

- Visbeidzot, visas iegūtās summas plus pamatlikme tiek pievienota, lai iegūtu kvīts cenu par šo mēnesi:

Risinājums b

Vidējās izmaksas ir: USD 77/750 kWh = 0,103 USD / kW-h = 10,3 centi / kWh.

Atsauces

1. Aleksandrs, C. 2006. Elektrisko shēmu pamati. 3. Izdevums. Makgreiva kalns.
2. Berdahl, E. Ievads elektronikā. Atgūts no: ccrma.stanford.ed.
3. Boylestad, R. 2011. Ievads ķēžu analīzē. 13. Izdevums. Pīrsons.
4. Elektrisko būvnieku asociācija. Omas likuma un Vata likuma kalkulators ar piemēriem. Atgūts no: electricrebuilders.org
5. Figueroa, D. (2005). Sērija: Fizika zinātnei un inženierijai. 5. sējums. Elektrība. Rediģēja Douglas Figueroa (USB).