Электрическая мощность, работа, энергия

Электрическая мощность

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, а затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

Сила тока в лампочке мощностью 25 ватт будет составлять 0.1 А. Лампочка мощностью 100 ватт потребляет ток в четыре раза больше — 0.4 А.

Лампочка в 100 ватт светится гораздо ярче, чем 25-ваттовая лампочка. Это значит, что ее мощность больше. Электрическая мощность измеряется в ваттах. Лампочка, мощность которой в 4 раза больше, потребляет в 4 раза больше тока. Это показывает, что мощность прямо пропорциональна силе тока.

Если мы подключим лампочку сразу к 2 источникам напряжения, то лампочка будет гореть ярче.

Это означает, что мощность пропорциональна напряжению.

Если мы соберем воедино эти факты, то получим формулу электрической мощности. Мощность W (Вт) равна напряжению V (В), умноженному на силу тока I (А). 1Вт = 1В * 1А. Из этого следует, что сила тока равна: I = W / V.

Электрическая работа

В механике мощность характеризует скорость выполнения работы. Чем быстрее идет работа, тем больше мощность.

Работа равна произведению мощности и времени. Работа Р равна мощности W, умноженной на время t. Поэтому единица работы равна 1Вт * с.

Это равенство можно преобразовать, используя законы математики. Тогда мы получим, что мощность равна работе, деленной на время.

Эти взаимоотношения между мощностью и работой верны и для электричества. Лампочка мощностью 100 Вт за 1 секунду совершает электрическую работу 100 Вт * секунду, т.е. 100 Вт * с.

Единица электрической работы 1 Вт * с соответствует 1 джоулю из механики. Чтобы избежать огромных чисел, для обозначения электрической работы принято использовать 1 киловатт * час.

1 кВт * ч = 1000 Вт * ч = 60 000 Вт * мин = 3 600 000 Вт * с.

Электрическая энергия

Если какой-либо электрический прибор совершает работу, то он будет потреблять определенное количество энергии. Единица работы и энергии в данном случае будет одинакова. В электричестве для обозначения энергии используются единицы 1 Вт * с, 1 кВт * ч и 1 джоуль.

Согласно закону сохранения энергии, энергия не возникает из пустоты, а трансформируется из одной формы в другую. Теплоэлектростанция, работающая на угле, не создает электрическую энергию, а превращает химическую энергию угля сначала в двигательную энергию турбины, потом генератор превращает эту энергию в электрическую.

Таким образом, полученная электрическая энергия передается далее по проводам к потребителям. При этом проводники будут нагреваться, т.е. часть энергии превратится в тепло, которое будет нагревать лишь окружающий воздух, и потеряется. Это называется потерей энергии. К сожалению, все электрические процессы связаны с потерей части энергии.

При транспортировке электрической энергии хотелось бы избежать больших потерь. Чем больше сила тока, тем больше нагревается кабель. Меньшую силу тока можно использовать при условии, что увеличится напряжение. Поэтому, согласно закону W = U * I, используется большее напряжение. По этой причине электростанции передают энергию с напряжением 400 000 вольт и больше.

На определенных участках цепи напряжение составляет необходимые нам 220 вольт. Когда электрическая энергия достигает потребителя, то там она превращается в механическую энергию, тепловую энергию или свет. При этом тоже происходят потери.

Разные электрические приборы по-разному используют электрическую энергию.

Электронагреватель всю электрическую энергию превращает во внутреннюю энергию воды, т.е. тепловую энергию. Электрическая лампочка только 5% энергии использует для освещения, остальные 95% теряются в виде тепловой энергии.

Отношение затраченной и использованной энергии называется коэффициентом полезного действия. Коэффициент полезного действия лампочки накаливания очень низкий, а у электронагревателя очень высокий. Коэффициент полезного действия равен отношению использованной энергии к затраченной.p class=