Chaque corps est capable de produire du travail, c’est ce qu’on appelle l’énergie corporelle. L’exemple le plus simple est celui d’un corps élevé à une certaine hauteur. Il a de l'énergie potentielle ; si le corps est libéré, il commencera à libérer de l'énergie, la convertissant en énergie cinétique, auquel cas le corps travaillera.
En conséquence, plus la hauteur du corps est élevée, plus son énergie sera grande. L'énergie ne disparaît jamais sans laisser de trace, elle se transforme seulement sous une autre forme - c'est l'une des principales lois de la physique.
Il en va de même avec l’énergie électrique ; elle peut être convertie en un autre type d’énergie – thermique, cinétique, mécanique, chimique, etc.
C’est pour cette raison que l’électricité est devenue si largement utilisée. Ce type d'énergie, contrairement à tous les autres, peut être transporté sur de longues distances et stocké pratiquement sans perte, et peut être obtenu très simplement.
Emploi courant électrique
Quand actuel traverse une certaine section du circuit électrique, le champ électrique effectue une certaine quantité de travail. C'est ce qu'on appelle le travail du courant électrique. Pour transférer une charge d’énergie le long de ce circuit, vous devez dépenser une certaine quantité d’énergie. Elle est communiquée au récepteur et une partie de l'énergie est dépensée pour vaincre la résistance des fils et des sources du circuit électrique.
Cela suggère que toute l’énergie dépensée n’est pas distribuée efficacement et qu’elle n’est pas entièrement utile. Par conséquent, le travail effectué n’est pas non plus totalement efficace. Dans ce cas, la formule ressemblera à ceci : A = UQ.
U est la tension aux bornes du récepteur, et Q- Il s'agit de la charge transférée le long d'une section du circuit. Dans ce cas, vous devez prendre en compte Loi d'Ohm pour une section de circuit , alors la formule ressemblera à ceci : R I2 Δt = U I Δt = ΔA.
À l'aide de cette formule, vous pouvez retracer l'effet de la loi de conservation de l'énergie, qui s'applique à une section homogène de la chaîne.
En 1850, le physicien anglais Joule Prescott, qui apporta une contribution significative à l'étude de l'électricité, découvrit une nouvelle loi. Son essence était de déterminer les moyens par lesquels le travail du courant électrique est converti en énergie thermique. Au même moment, un autre physicien, Lenz, était capable de faire une découverte similaire et de prouver la loi, c'est pourquoi elle fut appelée la « loi Joule-Lenz », en l'honneur des deux physiciens exceptionnels de l'époque.
Puissance électrique
La puissance est une autre caractéristique utilisée pour déterminer le fonctionnement du courant électrique. Ça me ressemble tellement quantité physique, qui caractérise la conversion et le taux de transfert d'énergie.
Lors de la détermination de la puissance d'un courant électrique, il est nécessaire de prendre en compte un indicateur tel que la puissance instantanée. Il représente le rapport des valeurs instantanées d'indicateurs tels que le courant et la tension sous la forme d'un produit. Ce rapport s'applique à une section spécifique du circuit.
Des indicateurs tels que le travail et la puissance électrique sont pris en compte lors de la création de tout circuits électriques. Comme d'autres lois, elles sont fondamentales et leur non-respect entraînera de graves violations.
Afin de recevoir la plus grande puissance électrique, vous devez prendre en compte les caractéristiques du générateur, c'est-à-dire la résistance dans le circuit externe ne doit être ni plus ni moins résistance interne Générateur
Ce n'est que dans ce cas que l'efficacité de fonctionnement sera maximale, car sinon toute l'énergie du générateur sera dépensée pour vaincre la résistance et tout le travail ne sera pas rentable. Naturellement, un tel schéma de fonctionnement peut nuire à l'efficacité de l'ensemble du circuit électrique.
Le travail effectué par un courant électrique montre la quantité de travail effectuée par le champ électrique lors du déplacement de charges le long d'un conducteur.
Connaître deux formules :
je = q/t..... Et..... U = A/q
Vous pouvez dériver une formule pour calculer le travail du courant électrique :
Le travail d’un courant électrique est égal au produit de l’intensité du courant par la tension et la durée pendant laquelle le courant circule dans le circuit.
Unité de mesure du travail du courant électrique dans le système SI :
[A] = 1 J = 1A.B.c
APPRENEZ-LE, CELA SERA UTILE
Lors du calcul du travail du courant électrique, il est souvent utilisé
Unité multiple de courant électrique hors système : 1 kWh (kilowattheure).
INTÉRESSANT
À une certaine époque, J. Watt a proposé une unité telle que le « cheval-vapeur » comme unité de puissance. Cette unité de mesure a survécu jusqu'à ce jour. Mais en Angleterre, en 1882, la British Association of Engineers décide d'attribuer le nom de J. Watt à une unité de puissance. Désormais, le nom de James Watt peut être lu sur n'importe quelle ampoule.
C’était la première fois dans l’histoire de la technologie qu’une unité de mesure recevait son propre nom.
De cet incident est née la tradition consistant à attribuer des noms propres aux unités de mesure.
Ils disent ça...
Un brasseur a acheté une des machines à vapeur de Watt pour remplacer le cheval qui entraînait la pompe à eau. Au moment de choisir puissance requise de la machine à vapeur, le brasseur définissait la force de travail du cheval comme huit heures de travail non-stop jusqu'à ce que le cheval soit complètement épuisé. Le calcul a montré que chaque seconde, le cheval soulevait 75 kg d'eau jusqu'à une hauteur de 1 mètre, ce qui était considéré comme une unité de puissance de 1 cheval-vapeur.
SAVEZ-VOUS
Le courant circulant dans les bobines des lampes électriques les chauffe à très haute température.
Par conséquent, pour que les spirales durent plus longtemps, elles sont enfermées dans des cylindres de verre remplis de lampes à gaz inerte à haute puissance.
Dans les cylindres de lampes de faible puissance (jusqu'à 40 W), il y a un vide. Pour que la lampe fonctionne plus longtemps, la température du filament de ces lampes est plus basse et la lumière a une teinte jaune.
L'électricité atmosphérique est dangereuse car elle se manifeste sous la forme de décharges linéaires (foudres), qui se produisent sur notre planète environ 100 fois par seconde. Les charges électriques atmosphériques peuvent avoir une tension allant jusqu'à 1 milliard de volts et le courant de foudre peut atteindre 200 000 ampères. La durée de vie d'un éclair est estimée entre 0,1 et 1 seconde.
La température atteint 6 à 10 000 degrés Celsius.
Et si nous supposons que l'énergie électrique d'un éclair peut être de 2 500 kW/heure et qu'une famille de trois personnes consomme 250 kW/heure d'électricité par mois, alors l'énergie d'un éclair serait suffisante pour satisfaire les besoins de cette famille. pendant 10 mois.
POUVEZ-VOUS DÉCIDER
Deux lampes électriques d'une puissance de 40 et 100 W sont conçues pour la même tension.
Comparez les résistances des filaments des deux lampes.
La pièce est éclairée à 40 lampes électriquesà partir d'une lampe de poche, connectée en série et alimentée par le réseau de la ville. Après qu'une lampe ait grillé, les 39 autres ont été à nouveau connectées en série et branchées sur le réseau.
Quand la pièce était-elle plus lumineuse : avec 40 ou 39 lampes ?
Des fils de cuivre et de fer connectés en série de même longueur et section transversale sont connectés à la batterie. Lequel se démarquera ? grande quantité chauffer dans le même laps de temps ?
Deux conducteurs de longueurs différentes, mais de même section et de même matériau, sont connectés parallèlement l'un à l'autre dans un circuit de courant électrique. Lequel dégagera le plus de chaleur ?
Comment calculer le travail effectué par le courant électrique ? Nous savons déjà que la tension aux extrémités d'une section du circuit est numériquement égale au travail effectué lorsqu'une charge électrique de 1 C traverse cette section. Lorsqu'une charge électrique traversant la même zone n'est pas de 1 C, mais par exemple de 5 C, le travail effectué sera 5 fois plus important. Ainsi, pour déterminer le travail du courant électrique sur n'importe quelle section du circuit, la tension aux extrémités de cette section du circuit doit être multipliée par charge électrique(quantité d'électricité) qui le traverse :
où A est le travail, U est la tension, q est la charge électrique. La charge électrique traversant une section du circuit peut être déterminée en mesurant l'intensité du courant et le temps qu'il passe :
En utilisant cette relation, nous obtenons une formule pour le travail du courant électrique, qui est pratique à utiliser dans les calculs :
Le travail d'un courant électrique sur une section d'un circuit est égal au produit de la tension aux extrémités de cette section par l'intensité du courant et le temps pendant lequel le travail a été effectué.
Le travail se mesure en joules, la tension en volts, le courant en ampères et le temps en secondes, on peut donc écrire :
1 joule = 1 volt x 1 ampère x 1 seconde,
1 J = 1 VA s.
Il s'avère que pour mesurer le travail du courant électrique, trois instruments sont nécessaires : un voltmètre, un ampèremètre et une horloge. En pratique, le travail du courant électrique est mesuré à l'aide d'instruments spéciaux - compteurs. La conception du compteur semble combiner les trois dispositifs cités ci-dessus. Des compteurs électriques sont désormais visibles dans presque tous les appartements.
Exemple. Quelle quantité de travail le moteur électrique effectue-t-il en 1 heure si le courant dans le circuit du moteur électrique est de 5 A et la tension à ses bornes est de 220 V ? Le rendement du moteur est de 80 %.
Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.
Des questions
- Quelle est la tension électrique aux bornes de la section du circuit ?
- Comment pouvons-nous exprimer le travail du courant électrique dans cette section par la tension et la charge électrique traversant une section d’un circuit ?
- Comment exprimer le travail du courant en termes de tension, de courant et de temps ?
- Quels instruments mesurent le travail du courant électrique ?
Exercice 34
- Quelle quantité de travail le courant électrique fait-il dans le moteur électrique en 30 minutes si le courant dans le circuit est de 0,5 A et la tension aux bornes du moteur est de 12 V ?
- La tension sur la spirale d'une ampoule provenant d'une lampe de poche est de 3,5 V, la résistance de la spirale est de 14 Ohms. Quelle quantité de travail le courant fait-il dans l’ampoule en 5 minutes ?
- Deux conducteurs, chacun avec une résistance de 5 ohms, sont connectés d'abord en série puis en parallèle, et dans les deux cas ils sont connectés à une tension de 4,5 V. Dans ce cas, le travail effectué par le courant sera plus important pour le même temps et combien de fois ?
Travail du courant électrique
Attaché au circuit illustré à la figure 1 est pression constante U.
U = φA – φB
Pendant t quantité d'électricité qui circule dans le circuit Q. Les forces du champ électrique agissant le long du conducteur ont transféré la charge pendant ce temps Q du point UN exactement B. Le travail des forces du champ électrique ou, ce qui revient au même, le travail du courant électrique peut être calculé à l'aide de la formule :
UN = Q × ( φA – φB) = Q × U,
Parce que Q = je × t, enfin:
UN= U × je × t,
Où UN– travail en joules ; je– courant en ampères ; t– temps en secondes ; U– tension en volts.
D'après la loi d'Ohm U = je × r. Par conséquent, la formule de travail peut s’écrire ainsi :
UN = je 2× r × t.
Puissance électrique
Le travail effectué par unité de temps est appelé puissance et est désigné par la lettre P..
De cette formule nous avons :
UN = P. × t.
Unité de puissance:
1 (J/sec) est autrement appelé un watt (W). En substituant l'expression du travail du courant électrique dans la formule de puissance, nous avons :
P. = U × je(W).
La formule de la puissance électrique peut également être exprimée en termes de consommation de courant et de résistance du consommateur :
En plus du watt, des unités de mesure de puissance électrique plus grandes sont utilisées dans la pratique. Pouvoir électrique mesuré en :
100 W = 1 hectowatt (gW) ;
1 000 W = 1 kilowatt (kW) ;
1 000 000 W = 1 mégawatt (MW).
La puissance électrique est mesurée par un appareil spécial - un wattmètre. Le wattmètre comporte deux enroulements (bobines) : série et parallèle. La bobine série est une bobine de courant et est connectée en série avec la charge dans la section du circuit où les mesures sont effectuées, et la bobine parallèle est une bobine de tension et, par conséquent, elle est connectée en parallèle à cette charge. Le principe de fonctionnement d'un wattmètre repose sur l'interaction de deux flux magnétiques créés par le courant circulant dans l'enroulement d'une bobine mobile (bobine de courant) et le courant traversant une bobine fixe (bobine de tension). Lorsque le courant mesuré traverse les enroulements des bobines mobiles et fixes, deux champs magnétiques se forment, pendant l'interaction desquels la bobine mobile a tendance à se positionner de manière à ce que sa direction champ magnétique coïncidait avec la direction du champ magnétique de la bobine stationnaire. Le couple est contrecarré par le couple créé par les ressorts hélicoïdaux, à travers lesquels le courant mesuré est conduit dans la bobine mobile. Le moment antagoniste des ressorts est directement proportionnel à l’angle de rotation de la bobine. Une flèche montée sur une bobine mobile indique la valeur de la grandeur mesurée. Le schéma de connexion du wattmètre est illustré à la figure 2.
Si vous décidez de mesurer la consommation électrique de n'importe quelle charge dont vous disposez et que vous n'avez pas de wattmètre, vous pouvez « fabriquer » un wattmètre de vos propres mains. De la formule P. = je × U On peut voir que la puissance consommée dans le réseau peut être déterminée en multipliant le courant par la tension. Par conséquent, pour déterminer la puissance consommée sur le réseau, deux instruments doivent être utilisés, un voltmètre et un ampèremètre. Après avoir mesuré la consommation de courant avec un ampèremètre et la tension du réseau d'alimentation avec un voltmètre, il est nécessaire de multiplier la lecture de l'ampèremètre par la lecture du voltmètre.
Ainsi, par exemple, la puissance consommée par la résistance r, avec un ampèremètre de 3 A et un voltmètre de 220 V, ce sera :
P. = je × U= 3 × 220 = 660 W.
Pour les mesures pratiques du travail électrique (énergie), le joule est une unité trop petite.
Si le temps t remplacez-le non pas en secondes, mais en heures, nous obtenons des unités plus grandes énergie électrique:
1 J = 1 W × seconde ;
1 W × h = 3 600 watts × secondes = 3 600 J ;
100 W × h = 1 hectowatt × heure (gW × h) ;
1 000 W × h = 1 kilowatt × heure (kW × h).
L'énergie électrique est mesurée par des compteurs d'énergie électrique.
Vidéo 1. Fonctionnement et puissance du courant électrique
Vidéo 2. Un peu plus sur le pouvoir
Exemple 1. Déterminez la puissance consommée par le moteur électrique si le courant dans le circuit est de 8 A et que le moteur est connecté à un réseau 220 V.
P. = je × U= 8 × 220 = 1 760 W = 17,6 GW = 1,76 kW.
Exemple 2. Quelle est la puissance consommée par une cuisinière électrique si la cuisinière tire un courant de 5 A du réseau et que la résistance de la bobine du poêle est de 24 ohms ?
P. = je 2× r= 25 × 24 = 600 W = 6 gW = 0,6 kW.
Lors de la conversion de la puissance mécanique en puissance électrique et vice versa, il ne faut pas oublier que
1 puissance (ch) = 736 W ;
1 kilowatt (kW) = 1,36 litre. Avec.
Exemple 3. Déterminez l’énergie consommée par une cuisinière électrique de 600 W sur 5 heures.
UN = P. × t= 600 × 5 = 3 000 W × h = 30 gW × h = 3 kW × h
Exemple 4. Déterminez le coût de combustion de douze lampes électriques pendant un mois (30 jours), si quatre d'entre elles, de 60 W chacune, brûlent 6 heures par jour et que les huit lampes restantes, de 25 W chacune, brûlent 4 heures par jour. Prix de l'énergie (tarif) 2,5 roubles pour 1 kW × h.
Puissance de quatre lampes de 60 W chacune.
P.= 60 × 4 = 240 W.
t= 6 × 30 = 180 heures.
UN = P. × t= 240 × 180 = 43 200 W × h = 43,2 kW × h.
La puissance des huit lampes restantes est de 25 W chacune.
P.= 25 × 8 = 200 W.
Nombre d'heures de fonctionnement de ces lampes par mois :
t= 4 × 30 = 120 heures.
Énergie consommée par ces lampes :
UN = P. × t= 200 × 120 = 24 000 W × h = 24 kW × h.
Quantité totale d'énergie consommée :
43,2 + 24 = 67,2 kW × h
Coût de toute l’énergie consommée :
67,2 × 2,5 = 168 roubles.
On sait grâce à un cours de physique que l'une des caractéristiques de tout corps est sa capacité à effectuer un travail, puisque cette dernière n'est rien de plus que la transformation d'un type d'énergie en un autre (par exemple, potentiel en cinétique). Dans ce cas, il faut prendre en compte la fameuse loi de conservation de l'énergie, formulée au XVIIIe siècle par M.V. Lomonossov, selon qui l'énergie ne disparaît jamais nulle part, elle ne fait que changer, prend une forme différente. Tout ce qui précède s'applique également non seulement à solides, mais aussi à d’autres types de matière, dont le courant électrique.
Comme cela a été prouvé depuis longtemps, en se déplaçant le long d'une certaine section du circuit, ces particules forment un champ électrique qui produit un courant - c'est la quantité d'énergie qui doit être dépensée pour transférer une charge le long d'un circuit donné. le travail du courant est utile et efficace. Une partie assez importante de l'énergie est dépensée pour que la charge électrique surmonte la résistance particules élémentaires, situé dans le conducteur et dans la source du circuit.
Le travail du courant électrique, dont la formule, comme suit du texte ci-dessus, A = U.Q, est la caractéristique la plus importante ce type particulier de matière. Dans cette formule, U représente une section de la chaîne et Q est une expression quantitative de la charge transportée le long d'une section donnée.
Cependant, le travail du courant électrique lui-même ne serait pas d'un intérêt particulier si un modèle reliant ce travail et la quantité libérée n'avait pas été trouvé. Ce modèle a été découvert presque simultanément par deux physiciens célèbres - Lenz et Joey Prescott, c'est pourquoi le la loi dans la communauté scientifique a reçu le nom de « loi Joule-Lenz ». Selon cette loi, il s'avère que la quantité (ou la puissance) de chaleur libérée dans un certain volume lorsque des particules chargées le traversent dépend directement du produit de l'intensité du champ et de la densité du courant électrique circulant à travers un zone donnée. Cette loi est d'une grande importance pour calculer les pertes d'électricité lors de sa transmission par fil sur de longues distances.
Le travail du courant électrique est le plus directement lié à une autre quantité importante : la puissance. En physique, nous entendons les caractéristiques quantitatives du taux de conversion et de transmission de l’énergie électrique. La puissance se mesure en kilowattheures, tandis que le travail effectué par le courant électrique se mesure en joules.
Pour obtenir la puissance de courant maximale d'une source particulière, il est nécessaire de prendre en compte les caractéristiques de cette source, ainsi que le fait que les circuits externes doivent être comparables entre eux, en sinon tout le travail effectué servira à surmonter la différence de résistance.
Le travail du courant électrique est la caractéristique physique la plus importante qui doit être prise en compte dans presque toutes les industries, ainsi que dans la production et le transport d'énergie sur de longues distances.