IX. Elektryczność t W P = VI. Praca, moc, energia.
Transkrypt
IX. Elektryczność t W P = VI. Praca, moc, energia.
IX. Elektryczność VI. Praca, moc, energia. Prąd elektryczny w ciałach stałych to uporządkowany ruch elektronów swobodnych. Prąd płynie tylko w obwodach zamkniętych. Najprostszy obwód elektryczny składa się ze źródła napięcia i odbiornika energii elektrycznej (np. żarówki) połączonych przewodnikami elektrycznymi. Umowny kierunek prądu jest od + do -, a rzeczywisty kierunek ruchu elektronów: od – do +. Wielkości opisujące prąd to: natężenie prądu, napięcie elektryczne oraz opór elektryczny. Natężenie określa ilość ładunku przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika w jednostce czasu. Mierzymy je amperomierzem, który łączymy z obwodem szeregowo lub obliczamy za pomocą wzoru: q I= I – natężenie; q – ładunek; t - czas t C Jednostką natężenia jest amper: A = s Opór elektryczny przewodnika R zależy od: rodzaju materiału ( - opór właściwy), długości przewodnika - l oraz pola przekroju poprzecznego - S. Opór elektryczny przewodnika nie zależy ani od napięcia ani od natężenia prądu. Możemy wyznaczyć go omomierzem lub obliczyć ze wzoru: l V R= Jednostka oporu jest om: = S A Im mniejszy jest opór właściwy danej substancji tym lepiej przewodzi ona prąd. I prawo Kirchhoffa – suma natężeń prądów wypływających z rozgałęziania (węzła) równa jest sumie prądów wpływających do rozgałęzienia (węzła). I1 Napięcie elektryczne, to różnica potencjałów między dwoma punktami obwodu Elektrycznego warunkująca przepływ prądu. Mierzymy go woltomierzem, który łączymy z obwodem równolegle lub obliczamy ze W wzoru: U = q R = R1 + R2 + R3 U = U1 + U2 + U3 I = na każdym odbiorniku jest jednakowe U – napięcie; W – praca; q – ładunek J Jednostka napięcia jest wolt V = C I = I1+I2+I3 Prawo Ohma – natężenie prądu w przewodniku jest wprost I[A] proporcjonalne do napięcia na jego końcach U[V] U Wykres – Prawo Ohma I= R I4 = I1 + I2 + I3 I2 I4 I3 Łączenie odbiorników energii elektrycznej: - szeregowe R1 - równoległe 1 1 1 1 = + = R R1 R2 R3 R2 R3 R1 R2 R3 U – na każdym odbiorniku jest jednakowe Praca prądu – jest wprost proporcjonalna do iloczynu napięcia, natężenia i czasu przepływu prądu: W = UIt Jednostka pracy prądu jest dżul: J = VAs kWh – kilowatogodzina (1kWh = 3600000J) Moc prądu – określa ilość pracy wykonanej w jednostce czasu. Jest wprost proporcjonalna do iloczynu napięcia i natężenia prądu: P W lub P = UI t Wat to jednostka mocy: W = J lub W =VA s Praca – o pracy w sensie fizycznym mówimy wówczas, gdy pod działaniem siły następuje przesunięcie ciała. Obliczamy ją z wzoru: W=Fs Jednostką pracy jest dżul: J = N m Moc – określa ilość pracy wykonanej w jednostce czasu. Obliczamy ją z wzoru: J W P= Jednostką mocy jest wat: W = . s t W technice stosuje się często inną jednostkę mocy, zwaną koniem mechanicznym: KM = 736 W Energia mechaniczna – to zmagazynowana praca. Obliczamy ją w dżulach. Każde ciało, które posiada energię mechaniczną może jej kosztem wykonać pracę. Energia mechaniczna dzieli się na energię kinetyczną i potencjalną (ciężkości oraz sprężystości). Energia kinetyczna (Ek) – posiadają ją ciała będące w ruchu. Wartość Ek jest proporcjonalna do masy ciała i kwadratu jego mv2 prędkości. Ek = 2 Energia potencjalna ciężkości (Ep) – posiadają ja ciała, które są na pewnej wysokości względem układu odniesienia. Wartość Ep jest proporcjonalna do masy ciała i jego wysokości względem układu odniesienia. Ep = mgh Energia potencjalna sprężystości (Ep) – posiadają ją ciała odkształcone sprężyście. Wartość jej jest proporcjonalna do kwadratu wielkości odkształcenia oraz zależy od współczynnika sprężystości odkształcanego kr2 ciała. Ep = 2 Zasada zachowania energii mechanicznej – całkowita energia mechaniczna, czyli suma energii potencjalnej i kinetycznej, izolowanego układu ciał jest stała. E = Ek + Ep = constans Zmiana E. mech. równa jest pracy wykonanej nad układem ciał lub przez układ ciał. Maszyny proste – niektóre mogą dać zysk na sile, nie dają zysku na pracy, ale ułatwiają wykonanie pracy. Dźwignia dwustronna – daje tyle razy zysku na sile ile razy ramię siły działania jest dłuższe od ramienia siły oporu. Jeżeli ramiona są r2 r1 r 2 równe to F2 r F dźwignia F1 F1 nie daje 2 = = zysku na sile. Dźwignia jest w równowadze, 50 ?F2 r2 jeżeli spełniony jest warunek: F r = 1 1 N Np: Ramię na które działa siła F2 jest dwa razy dłuższe od ramienia na które działa siła F1, więc siła F2 będzie dwa razy mniejsza od siły F1 Jeżeli siły działają po jednej stronie punktu podparcia, to r1 r2 dźwignia taka jest dźwignią jednostronną. Blok nieruchomy (rys. obok) – nie daje zysku na sile, ale ułatwia wykonanie pracy. F1 F2 F1 = F2 bo r1 = r2 Kołowrót – np. prosty kor2 r1 łowrotek wędkarski. Daje tyle razy zysku na sile ile F2 razy korba (r2) jest dłuższa od promienia wału (r1). F1 Tarcie – występuje na styku dwóch ciał i zawsze przeciwdziała ruchowi. Rozróżniamy tarcie statyczne, gdy ciała są w spoczynku i tarcie kinetyczne (dynamiczne), gdy ciała są w ruchu. Maksymalne tarcie statyczne jest większe od tarcia kinetycznego. Tarcie jest proporcjonalne do siły nacisku na podłoże. T=fN Im większa siła nacisku tym większe tarcie. Tarcie zależy również od rodzaju powierzchni stykających się ze sobą. Nie zależy od wielkości tych powierzchni.