VATOS DĖSNIS: KAS TAI YRA, PAVYZDŽIAI, PROGRAMOS - FIZINIS - 2025

Įstatymas W yra taikomas elektros grandinėms ir nustato, kad elektros energijos P tiekiamų grandinės elementą, yra tiesiogiai proporcingas tarp tiekimo įtampos V grandinės ir dabartinės I teka per jį produkto.

Elektros energija yra labai svarbi sąvoka, nes ji parodo, kaip greitai elementas paverčia elektros energiją kokia nors kita energijos forma. Matematiškai pateiktas Watt'o dėsnio apibrėžimas yra išreikštas taip:

1 pav. Elektros energija rodo, kaip greitai elektros energija virsta. Šaltinis: „Pixabay“

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) galios vienetas vadinamas vatais ir sutrumpintai W, garbei James Watt (1736-1819), škotų inžinieriui pradėjusiam pramoninę revoliuciją. Kadangi galia yra energija per laiko vienetą, 1 W lygi 1 džauliui per sekundę.

Mes visi vienaip ar kitaip esame susipažinę su elektros energijos sąvoka. Pvz., Paprastai naudojamų buitinių elektrinių prietaisų galia visada yra nurodyta, įskaitant lemputes, elektrinius degiklius ar šaldytuvus.

Vatos dėsnis ir grandinės elementai

Vatos dėsnis galioja skirtingo elgesio grandinės elementams. Tai gali būti baterija, rezistorius ar kita. Tarp elemento galų ir srovės srauto iš A į B nustatomas potencialo skirtumas V _B - V _A = V _AB , kaip parodyta šiame paveiksle:

2 pav. Grandinės elementas, kuriame nustatytas potencialo skirtumas. Šaltinis: F. Zapata.

Per labai trumpą laiką dt praeina tam tikras įkrovos kiekis dq, kad už jį atliktą darbą duotų:

Kur dq yra susijęs su srove kaip:

Taigi:

Kadangi galia yra darbas per laiko vienetą:

-Jei V _AB > 0, per elementą praeinantys krūviai įgyja potencialią energiją. Elementas tiekia energiją iš kažkokio šaltinio. Tai gali būti akumuliatorius.

3 pav. Baterijos tiekiama energija. Šaltinis: F. Zapata.

-Jei V _AB <0, krūviai praranda potencialią energiją. Elementas išsklaido energiją, pavyzdžiui, rezistorius.

4 pav. Atsparumas energiją paverčia šiluma. Šaltinis: F. Zapata.

Atminkite, kad šaltinio tiekiama energija priklauso ne tik nuo įtampos, bet ir nuo srovės. Tai svarbu paaiškinti, kodėl automobilių akumuliatoriai yra tokie dideli, atsižvelgiant į tai, kad jie vos tiekia 12 V.

Kas atsitiks, starterio varikliui trumpam reikia didelės srovės, kad jis suteiktų reikiamą galią automobiliui užvesti.

Vatos ir Ohmo įstatymai

Jei grandinės elementas yra rezistorius, Watt ir Ohm dėsnius galima derinti. Pastaroji teigia, kad:

Kuris, pakeitus Watt įstatymą, lemia:

Taip pat galima įsigyti versiją, priklausančią nuo įtampos ir varžos:

Galimi keturių dydžių deriniai: galia P, I srovė, V įtampa ir pasipriešinimas R pateikiami 5 pav. Pateiktoje diagramoje. Pagal problemos pateiktus duomenis parenkamos patogiausios formulės.

Pvz., Tarkime, kad tam tikroje problemoje jūsų paprašoma rasti pasipriešinimą R, kuris yra apatiniame kairiajame kortelės ketvirtyje.

Atsižvelgiant į žinomus kiekius, pasirenkama viena iš trijų susijusių lygčių (žalia). Pavyzdžiui, tarkime, kad V ir aš žinomi, tada:

Jei vietoj P ir aš žinomi ir reikalaujama pasipriešinimo, naudokite:

Galiausiai, kai žinomi P ir V, pasipriešinimas gaunamas:

5 pav. Watt ir Ohm dėsnių formulės. Šaltinis: F. Zapata.

Programos

Vatos dėsnis gali būti taikomas elektros grandinėse ieškant elemento tiekiamos ar sunaudotos elektros energijos. Elektros lemputės yra geri Watt dėsnio taikymo pavyzdžiai.

1 pavyzdys

Speciali lemputė, norint gauti kelis apšvietimus viename, turi du volframinius siūlus, kurių varža R _A = 48 omai ir R _B = 144 omai. Jie yra sujungti į tris taškus, pažymėtus 1, 2 ir 3, kaip parodyta paveikslėlyje.

Įrenginys valdomas jungikliais, kad būtų galima pasirinkti gnybtų poras, taip pat prijungti prie 120 V tinklo. Suraskite visas įmanomas galias.

6 pav. Pateikto pavyzdžio schema 1. Šaltinis. D. Figueroa. Fizika mokslui ir inžinerijai.

Sprendimas

- Prijungus 1 ir 2 gnybtus, lieka įjungtas tik rezistorius R _A. Kadangi turime įtampą, kuri yra 120 V, ir varžos vertę, šios vertės tiesiogiai pakeičiamos lygtyje:

- 2 ir 3 jungiamiesiems gnybtams įjungiamas rezistorius R _B , kurio galia:

- 1 ir 3 gnybtai leidžia rezistorius sujungti nuosekliai. Lygiavertis pasipriešinimas yra:

Taigi:

- Galiausiai, likusi galimybė yra lygiagrečiai sujungti rezistorius, kaip parodyta d diagramoje. Lygiavertis pasipriešinimas šiuo atveju yra:

Todėl lygiavertis pasipriešinimas yra R _eq = 36 omai. Turint šią vertę, galia yra:

2 pavyzdys

Be vatos, dar vienas plačiai naudojamas galios vienetas yra kilovatai (arba kilovatai), sutrumpintai kaip kW. 1 kW lygus 1000 vatų.

Namų elektra tiekiančios įmonės sąskaitose nurodo suvartotą energiją, o ne energiją. Jų naudojamas vienetas yra kilovatvalandės (kW-h), kuris, nepaisant to, kad turi vatos pavadinimą, yra energijos vienetas.

a) Tarkime, kad tam tikrą mėnesį namų ūkis sunaudoja 750 kWh. Kokia bus to mėnesio sąskaitos už elektrą suma? Laikomasi šio vartojimo plano:

- Bazinė norma: 14,00 USD.

- Kaina: nuo 16 centų / kWh iki 100 kWh per mėnesį.

- Kiti 200 kWh per mėnesį kainuoja 10 centų / kWh.

- O virš 300 kWh per mėnesį imami 6 centai / kWh.

b) Raskite vidutines elektros energijos sąnaudas.

Sprendimas

- Klientas per mėnesį sunaudoja 750 kW-h, todėl viršija kiekviename etape nurodytas išlaidas. Už pirmus 100 kWh pinigų vertė yra: 100 kWh x 16 centų / kWh = 1600 centų = 16,00 USD

- Kiti 200 kWh kainuos: 200 kWh x 10 centų / kWh = 2000 centų = 20,00 USD.

- Viršijus šiuos 300 kW-h, klientas sunaudoja daugiau 450 kW-h, iš viso 750 kW-h. Kaina šiuo atveju yra: 450 kWh x 6 centai / kWh = 2700 centų = 27,00 USD.

- Galiausiai visos gautos sumos ir bazinė norma pridedamos, kad gautumėte to mėnesio kvito kainą:

B sprendimas

Vidutinė kaina yra: 77/750 USD / kWh = 0,103 USD / kW-h = 10,3 cento / kWh.

Nuorodos

1. Aleksandras, C. 2006. Elektros grandinių pagrindai. 3-ioji. Leidimas. McGraw Hill.
2. Berdahl, E. Įvadas į elektroniką. Atkurta iš: ccrma.stanford.ed.
3. Boylestad, R. 2011. Įvadas į grandinės analizę. 13-oji. Leidimas. Pearsonas.
4. Elektros rekonstruktorių asociacija. Ohmo įstatymo ir Vatos įstatymo skaičiuoklė su pavyzdžiais. Atkurta iš: electricrebuilders.org
5. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika mokslui ir inžinerijai. 5 tomas. Elektra. Redagavo Douglas Figueroa (USB).