Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie Spisy zadań Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika) 219. Praca i moc prądu elektrycznego

Przykład 1
Dlaczego w każdej instalacji elektrycznej potrzebne są bezpieczniki?

Dlaczego trzeba doładowywać akumulator samochodu w czasie jazdy?

Dlaczego żelazko powoduje szybszy obrót licznika niż żarówka?

Na te i podobne pytania odpowiemy, gdy zrozumiemy mechanizm wykonywania pracy przez prąd elektryczny.

Prąd elektryczny - ważne pojęcia

prąd elektryczny - uporządkowany ruch ładunków elektrycznych

nośniki ładunku elektrycznego

źródło prądu elektrycznego

napięcie elektryczne

źródło napięcia elektrycznego

kierunek przepływu prądu elektrycznego

natężenie prądu elektrycznego

energia elektryczna

ogniwo galwaniczne

bateria

akumulator

prądnica

obwód elektryczny

warunki przepływu prądu elektrycznego

przewodniki elektryczne

Praca i moc prądu elektrycznego.

W tekście rozpatrywać będziemy przepływ prądu elektrycznego w obwodach zawierających przewodniki stałe.

Prąd elektryczny płynie w obwodzie zamkniętym po przyłożeniu napięcia elektrycznego U. Pod wpływem tego napięcia w obwodzie płynie prąd o natężeniu I.

Prąd wywołuje różne skutki energetyczne czyli wykonuje pracę.

Dla napięcia stałego wywołującego prąd o stałym natężeniu pracę prądu elektrycznego można obliczyć z prostej zależności

(prąd_4-1)
Zależność ta ma zastosowanie także dla prądu zmiennego stosowanego w instalacji domowej.

Podawane napięcie 230 wolt jest tzw. napięciem skutecznym czyli odpowiadającym napięciu ze źródła stałego napięcia.

W obwodzie instalacji domowej płynie prąd o zmieniającym się okresowo natężeniu, ale możemy mówić o natężeniu skutecznym prądu przemiennego czyli natężeniu odpowiedniego prądu stałego.

Inną wielkością opisującą energetyczne skutki prądu elektrycznego jest moc czyli szybkość wykonywania pracy przez prąd elektryczny. Wielkość tę można obliczyć znając napięcie i wywołane przez nie natężenie prądu elektrycznego.

(prąd_4-2)


Podobnie określa się wielkość fizyczną - moc skuteczna prądu przemiennego.

(prąd_4-3)


Między pracą i mocą prądu elektrycznego jest prosty związek, gdy moc jest stała.

(prąd_4-4)
Żarówka z instalacji domowej ma określoną moc dla tzw. napięcia nominalnego (czyli takiego dla jakiego żarówka jest przeznaczona).

Przykład 1

Żarówka przeznaczona dla napięcia 230 wolt ma moc 100 watów. Jakie jest natężenie prądu płynącego przez tę żarówkę, gdy świeci ona pełną mocą?

(prąd_4-5)


Dla urządzeń wykorzystywanych w domu podawana jest moc i napięcie znamionowe (napięcie do którego dostosowane jest urządzenie). Podana wartość mocy jest często mocą maksymalną (kuchenki, pralki, żelazko). Zmieniając warunki pracy urządzenia ustalamy pobieraną z sieci moc prądu elektrycznego.

Przykład 2.

Promiennik podczerwieni na napięcie 230 wolt ma moc 250 wat.

Ile energii przeniesie prąd elektryczny do tego promiennika w ciągu 1 godziny pracy?

(prąd_4-6)


Do obliczania energii przeniesionej przez prąd używamy jednostki nazywanej kilowatogodziną. Jest to praca wykonana przez prąd płynący z mocą 1 kilowata w ciągu 1 godziny.

(prąd_4-7)

Przykład 3.

Silnik o mocy 7,5 kW pracował 6 godzin. Jaka pracę wykonał prąd elektryczny w tym silniku?
(prąd_4-8)



Z przykładu widać dlaczego wygodniejsza w zastosowaniach jest kilowatogodzina niż dżul i jego wielokrotności.

Wykorzystanie energii dostarczonej przez prąd elektryczny popularnie nazywane jest zużyciem prądu (prądu zużyć nie można - jest to zjawisko, które może trwać jakiś czas).

Liczniki elektryczne to właściwie mierniki energii dostarczonej przez prąd do konkretnej instalacji. Do instalacji tej podłączane są różne odbiorniki i w nich następuje przetwarzanie energii elektrycznej w inne formy energii.

Zamiast o zużyciu prądu mówić trzeba o energii "zużytej" w różnych odbiornikach, a właściwie o energii dostarczonej do odbiorników i w nich przekształconej.

Często stosowanym urządzeniem dostarczającym prądu są akumulatory. Scharakteryzowane są one najczęściej dwiema wielkościami - pojemnością akumulatora i napięciem między jego biegunami. Pojemność akumulatora to inaczej ładunek elektryczny, jaki może przepłynąć w obwodzie z jednego bieguna akumulatora do drugiego. Pojemność akumulatora podawana jest w amperogodzinach.

Znając pojemność akumulatora i napięcie jego pracy możemy obliczyć energię zgromadzoną w tym akumulatorze, czyli inaczej możemy obliczyć pracę jaką może wykonać prąd pobierany z tego akumulatora.

Przykład 4.

Akumulator samochodowy ma napięcie pracy 12 wolt i pojemność 60 amperogodzin (mogą być inne wartości).

Jaką energię przekaże do obwodu ten akumulator w czasie swojej pracy?

(prąd_4-9)


Inne przykłady

Przykład 5.

Do odbiornika prądu elektrycznego przyłożone zostało napięcie 12 wolt. Przez odbiornik płynie prąd o natężeniu 300 miliamperów.
Jaka jest moc prądu elektrycznego płynącego przez ten odbiornik?

(prąd_4-10)

Przykład 6.

W instalacji domowej zastosowano topikowy bezpiecznik 20 amperowy.
Jaka była pobierana moc prądu elektrycznego, jeśli bezpiecznik uległ spaleniu?
W instalacji domowej napięcie średnie skuteczne równe jest 230 wolt.

(prąd_4 - 11)


Potrzebujesz jeszcze informacji, przykładów, zadań, wyjaśnień?

Skorzystaj z wyszukiwarki zamieszczonej niżej.
Wpisz słowo, które może pomóc znaleźć Ci potrzebne informacje.

14. 2012-01-25