Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На этой лекции мы продолжаем изучать электрические явления и посвятим эту лекцию расчету работы и мощности электрического тока. Ну а теперь давайте вспомним где-то нам уже встречалась работа электрического поля...электрического тока...при введении какой физической величины упоминалось это понятие? Напряжение! Так вот давайте вспомним, что называется электрическим напряжением и опираясь на его определение сделаем следующие шаги.
Вспомним определение напряжения...
Электрическое напряжение между двумя точками электрической цепи называется физическая величина равная отношению работы электрического поля по перемещению заряда между этими двумя точками к величине перенесенного заряда.
И у нас в определении фигурирует понятие работы. Мы говорим, что это работа электрического ток или говорим, что это работа электрического поля. Но на самом деле давайте вспомним, когда у нас впервые появилось понятие работы, мы упоминали силу. Работа всегда привязана к какой-то силе. Работа совершается силой. Что за сила совершает работу в нашей ситуации? Сторонняя сила? Нет, не сторонняя сила. Сторонняя сила совершает работу как раз-таки против электрического поля. Такую работу совершает электрическая сила. В проводнике создается источником тока электрическое поле, под действием этого электрического поля заряды приходят в движение течет электрический ток - направленное движение электрических зарядов. Эти заряды заставляет перемещаться электрическая сила. И вот работа этой силы как раз и фигурирует в данной формуле. но исторически так сложилось, что эту работу называют не работой силы электрической силы, а работой электрического поля или работой электрического тока. Будем об этом помнить...И исходя из этой формулы мы можем записать чему равна работа
А теперь давайте вспомним, что одну и ту же работу можно совершать долго, а можно совершать быстро...какая величина характеризует быстроту выполнения работы? Мощность! В механике мощность обозначается N. В тепловых и электрических явлениях, в частности, мощность электрического тока обозначается P.
И давайте теперь поговорим о единицах измерения работы и мощности электрического тока.
А теперь вопрос...скажите пожалуйста всегда ли эти формулы справедливы? А давайте возьмем и проанализируем откуда они взялись. Формулы мощности и работы электрического тока появились из формул вычисления напряжения и тока. Чем являются формулы напряжения и силы тока? Они являются определением. Формула напряжения электрического тока говорит нам, что такое напряжение. Это определение, поэтому эта формула всегда справедлива по определению. Точно так же сила тока определяется формулой расчета силы тока. Эта формула выражает определение силы тока. Она работает всегда. И из этих двух всегда работающих формул мы получили формулы работы и напряжения электрического тока. Значит, эти формулы универсальны и их можно применять когда это необходимо. Конечно, предполагается, что ток у нас не меняется со временем, иначе, не понятно, что если ток меняется со временем, то непонятно, что тогда подставлять в формулу работы электрического тока вместо величины силы тока и тогда напряжение электрического тока так же по аналогии у нас не меняется со временем. Мы с вами изучаем постоянный ток и поэтому само собой подразумевается. А теперь давайте вспомним закон Ома для однородного участка цепи.
Давайте вспомним какой участок цепи называется однородным.
Однородный участок цепи - это участок цепи в котором отсутствуют сторонние силы. Т.е в этом участке цепи нет никаких источников тока. Устройство, в котором работу выполняют сторонние силы, мы называем источником тока.
В однородном участке цепи нет никаких батареек, генераторов. А батарейки - это что? Батарейки - это химические источники тока. Значит, если у нас протекают какие-то химические реакции, то есть подозрение, что этот участок цепи не будет однородным. Если мы имеем дело с генератором, в котором тоже работают сторонние силы. Есть генераторы, которые мы используем как источники тока, то магнитное действие которое в них проявляется, тоже приводит к мысли, что у нас не однородный участок цепи. А из магнитного, химического и остальных действий тока осталось только тепловое. Значит, если у нас на участке цепи кроме теплового действия тока никакого больше действия тока не проявляется, то гарантированно, что этот участок цепи является однородным. Т.е если у нас есть реостат, электроплитка, электронагревательный камин, лампа накаливания, резистор... и пр. Все это является однородные участки цепи. Надо сказать, что пока нам не будут встречаться другие участки цепи, кроме однородного, поэтому формулами закона Ома и вытекающей из нее формулы расчета мощности через произведение силы тока и сопротивления, в том числе мощности и работы электрического тока. Давайте представим себе, что у нас есть амперметр, но нет вольтметра и мы хотим найти работу электрического тока. Значит, если есть амперметр, то силу тока мы можем измерить, а напряжение мы можем рассчитать по формуле произведения силы тока на сопротивление...
и наоборот, зная напряжение мы так же можем рассчитать работу и мощность электрического тока через напряжение и без учета силы тока.
И так формулы расчета работы и мощности электрической цепи в которых участвуют и сила тока и напряжение можно использовать не задумываясь в любых ситуациях, а формулы расчета работы и мощности только через силу тока или напряжение справедливы только для однородного участка цепи.
И давайте теперь рассмотрим связь между единицами измерения приведенных нами величин.
Если в приведенных выше формулах мы пользуемся международной системой единиц (СИ), тогда работа будет измеряться в Джоулях. А еще мы знаем, что электричество используется в самых разных целях: для освещения, для обогрева, для совершения электродвигателями механической работы, для работы каких-то цифровых устройств - компьютеров и мобильных телефонов, современных телевизоров и т.д. Но за все это надо платить...за работу которую совершает электрический ток потребителям, имеется ввиду не потребители электрической цепи моторы и телевизоры, а мы с вами пользователи различных электрических устройств, платим определенные деньги. Как узнать сколько надо платить? Что для этого у нас стоит в квартирах, частных домах или на производствах? Как правило, располагающийся на входе, электрический счетчик. Значит прибор для измерения работы электрического тока называется электрическим счетчиком. Но только если посмотреть на единицы в которых там измеряется работа, то мы там не увидим Джоулей, а мы найдем там так называемый киловатт/час.
Киловатт/час - это внесистемная единица работы, и как правило, в таких единицах измеряется работа электрического тока "в быту".
Давайте поговорим об этом подробнее...
1 кВт/ч равняется работе, совершаемой в течении одного часа при мощности один киловатт. И он равен в системе СИ - 3,6 МДж.
Ну а теперь когда мы в теории узнали о мощности и работе электрического тока, давайте теперь закрепим эти знания на практике решением нескольких задач. И так первая задача на определение работы, совершаемой электрическим током в лампе накаливания.
Следующая задача на определение расхода энергии за 30 дней электрической лампочкой и определение массы воды пройденной через плотину для получения необходимого количества электроэнергии.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.