Praca i moc prądu elektrycznego

Prąd elektryczny przepływający przez przewody działa poprzez zamianę energii elektrycznej w dowolną inną energię: ciepło, światło, mechaniczną, chemiczną itp. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz tutaj: Działanie prądu elektrycznego

Jeśli do odbiornika energii elektrycznej zostanie przyłożone napięcie jednego wolta, oznacza to, że źródło energii elektrycznej, przenosząc jeden wisior energii elektrycznej przez konsumenta, zużywa w nim jeden dżul energii elektrycznej.

Prąd elektryczny przekształca tę energię w inny rodzaj energii, dlatego zwyczajowo mówi się, że prąd elektryczny przepływający przez konsumenta działa... Ilość tej pracy jest równa ilości energii elektrycznej zużytej przez źródło.

Moc to wartość charakteryzująca prędkość, z jaką konwersja energiilub tempo, w jakim praca jest wykonywana.

W źródle pola elektromagnetycznego pod wpływem sił chemicznych (w ogniwach pierwotnych i bateriach) lub sił elektromagnetycznych w generatorach elektrycznych następuje rozdzielenie ładunków.

Praca wykonywana przez siły zewnętrzne w źródle, gdy ładunek przemieszcza się lub, jak to się mówi, „rozwija się” w źródle Energia elektryczna, znajduje się według wzoru:

A = QE

Jeśli źródło jest zamknięte na obwód zewnętrzny, to ładunki są do niego stale uwalniane, a siły zewnętrzne nadal wykonują pracę A = QE, lub biorąc pod uwagę, że Q = It, A = EIt.

Z prawo zachowania energii energia elektryczna generowana przez źródło pola elektromagnetycznego w tym samym czasie jest „wykorzystywana” (tj. przetwarzana) na inne rodzaje energii w odcinkach obwodu elektrycznego.

Część energii jest zużywana w sekcji zewnętrznej:

A1 = UQ = UIt,

gdzie U jest napięciem na zaciskach źródła, które przy zamkniętym obwodzie zewnętrznym nie jest już równe SEM.

Kolejna część energii jest „tracona” (przekształcana w ciepło) wewnątrz źródła:

A2 = A — A1 = (E — U) It = UoIt

W ostatnim wzorze Uo — jest to różnica między SEM a napięciem na zaciskach źródła, która nazywana jest wewnętrznym spadkiem napięcia… Dlatego

Uo = E — U,

Gdzie

mi = U + Uo

tj. Źródłowa siła elektromotoryczna jest równa sumie napięcia na zaciskach i wewnętrznego spadku napięcia.

Przykład. Czajnik elektryczny jest podłączony do sieci 220 V. Należy określić energię zużywaną w czajniku przez 12 minut, jeżeli prąd w elemencie grzejnym czajnika wynosi 2,5 A.

A =220 · 2,5 · 60 = 396000 J.

Wartość charakteryzująca szybkość konwersji energii lub szybkość wykonywania pracy nazywa się mocą (oznaczenie P):

P = A / t

Natężenie prądu elektrycznego to jego praca w jednostce czasu.

Wartość charakteryzująca szybkość, z jaką energia mechaniczna lub inna jest przekształcana w energię elektryczną w źródle, nazywana jest mocą generatora:

Pr = A / t = EIt / t = EI

Wartość charakteryzująca szybkość, z jaką przemiana energii elektrycznej w zewnętrznych odcinkach obwodu na inne rodzaje energii, zwana mocą odbiorczą:

P1 = A1 / t = UI / t = UI

Moc charakteryzująca nieproduktywne zużycie energii elektrycznej, na przykład na straty ciepła wewnątrz generatora, nazywana jest stratą mocy:

Po = (A — A1) / t = UoIt / t = UoI

Zgodnie z zasadą zachowania energii moc generatora jest równa sumie mocy; użytkownicy i straty:

Pr = P1 + Po

Jednostki pracy i mocy

Jednostkę mocy można znaleźć ze wzoru P = A / t = j / s. Prąd elektryczny rozwija moc w jednym wacie, jeśli wykonuje pracę równą jednemu dżulowi na sekundę.

Jednostka miary mocy j / s nazywa się wat (oznaczenie W), tj. 1 W = 1 j / s.

Z drugiej strony, z A = QE 1 J = 1 Kx l V, skąd 1 W = (1V x 1K) / 1s1 = 1V x 1 A = 1 VA, czyli wat jest mocą prądu elektrycznego w 1 A przy napięciu 1 V.

Większe jednostki mocy to hektowat 1 GW = 100 W i kilowat — 1 kW = 103 W

Energia elektryczna jest zwykle obliczana w: watogodzinach (Wh) lub jednostkach wielokrotnych: hektowatogodzinach (GWh) i kilowatogodzinach (kWh) 1 kilowatogodzina = 3 600 000 dżuli.