Praca i moc prądu elektrycznego, straty cieplne
Transkrypt
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