Praca i moc prądu elektrycznego, straty cieplne

Praca i moc prądu elektrycznego, straty cieplne
Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski
Praca i moc prądu
Na Rys. 1 pokazany jest najprostszy obwód elektryczny składający się ze źródła prądu (np. baterii) oraz z dowolnego odbiornika
energii elektrycznej takiego jak żarówka, grzejnik, silnik elektryczny, komputer, itp.
Jeżeli przez odbiornik przepływa prąd o natężeniu I , a napięcie na odbiorniku wynosi U to zmiana energii potencjalnej ładunku
dq przepływającego przez odbiornik (od punktu A do B ) wynosi
dW = Udq
(1)
Dzieląc obie strony równania przez dt otrzymujemy wzór, który przedstawia szybkość zmian energii elektrycznej
dW
dt
=U
dq
dt
= UI
(2)
czyli moc prądu elektrycznego
P = UI
(3)
Rysunek 1: Prąd I z baterii płynie przez odbiornik energii elektrycznej
Energia potencjalna ładunku przepływającego przez odbiornik maleje, ponieważ potencjał punktu A (połączonego z dodatnim
biegunem baterii) jest wyższy niż punktu B (połączonego z ujemnym biegunem baterii). Ta tracona energia jest przekształcana w
inny rodzaj energii w zależności od typu odbiornika.
Straty cieplne
Jeżeli mamy do czynienia z odbiornikiem energii zawierającym tylko opornik (np. grzejnik), to cała energia stracona przez ładunek
dq poruszający się przy napięciu U wydziela się w oporniku w postaci energii cieplnej. Elektrony przewodnictwa poruszając się w
przewodniku zderzają się z atomami (jonami) przewodnika i tracą energię (którą uzyskały w polu elektrycznym), co objawia się
wzrostem temperatury opornika.
Korzystając z prawa Ohma, możemy równanie ( 3 ) zapisać w postaci
P = I 2R
lub
P=
U2
R
Równania ( 4 ) opisują przemianę energii elektrycznej na energię cieplną, którą nazywamy ciepłem Joule'a.
ZADANIE
Zadanie 1: Grzałka elektryczna
(4)
Treść zadania:
Typowa grzałka w czajniku elektrycznym, przystosowanym do pracy przy napięciu 220 V, ma moc 2000 W. Jaki prąd płynie
przez tę grzałkę i jaki jest jej opór?
I=
R=
ROZWIĄZANIE:
Dane:
U = 220 V,
P = 2000 W.
2
Opór grzałki obliczamy ze wzoru ( 4 ) P = UR .
Stąd po podstawieniu danych otrzymujemy R = 24.2Ω
Natomiast natężenie prądu płynącego przez grzałkę ponownie obliczamy z zależności ( 4 ), ale w postaci P = I 2 R
Po podstawieniu danych, otrzymujemy I = 9.1 A.
Publikacja udostępniona jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa - Na tych samych warunkach 3.0 Polska. Pewne
prawa zastrzeżone na rzecz autorów i Akademii Górniczo-Hutniczej. Zezwala się na dowolne wykorzystanie treści publikacji pod
warunkiem wskazania autorów i Akademii Górniczo-Hutniczej jako autorów oraz podania informacji o licencji tak długo, jak tylko
na utwory zależne będzie udzielana taka sama licencja. Pełny tekst licencji dostępny na stronie
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/pl/.
Czas generacji dokumentu: 2015-06-17 14:14:51
Oryginalny dokument dostępny pod adresem: http://epodreczniki.open.agh.edu.pl/openagh-permalink.php?
link=6b5ca257362f4381c03c418f19978117
Autor: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski