В электрической цепи можно выделить два участка:
внутренний - в источнике тока и внешний - тот, на котором включены разные
приборы - потребители энергии. На внутреннем участке электрической цепи
происходит преобразование неэлектрической энергии (например, механической) в
энергию электрического поля. А на внешнем участке цепи энергия электрического
поля за счет работы электрического тока превращается в другие виды энергии.
Например, в электродвигателях энергия электрического поля превращается в
механическую; в электрической лампе - во внутреннюю и энергию излучения; в
электрическом утюге - во внутреннюю, причем эта энергия путем теплообмена
отдается окружающим телам; при электролизе и при зарядке аккумулятора - в
энергию химических реакций. Работа электрического тока показывает, сколько
электрической энергии, т. е. энергии электрического поля, превратилось в другие
виды энергии, или, что одно и то же, сколько было получено и израсходовано
электрической энергии. Чтобы подсчитать работу электрического тока, вспомним
определение понятия напряжения:
U=A/q.
Следовательно, работа электрического
тока равна:
A =qU.
Электрический заряд
можно выразить через силу тока и его время протекания. Подставив в формулу для
вычисления работы q = It, получим
Итак, работа
электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время
протекания тока по цепи. Работа электрического тока выражается в джоулях (Дж).
1 джоуль = 1 вольт·1 ампер·1 секунда, или
1Дж=1В·1А·1с.
Для учета совершенной
электрическим током работы, а следовательно, для учета израсходованной
(преобразованной) электрической энергии созданы специальные приборы-счетчики
электрической энергии. Устанавливают такие счётчики и в квартирах. Из курса
физики VII класса вы знаете, что мощность равна отношению совершенной работы ко
времени, в течение которого эта работа была совершена. Мощность в механике
принято обозначать буквой N, в электротехнике - буквой Р. Следовательно,
мощность равна:P=A/t.
Пользуясь этой
формулой, найдем мощность электрического тока. Так как работа тока определяется
формулой А = I·U·t, то мощность электрического тока равна:
P=IU.
За единицу мощности ватт (Вт)
принята мощность тока силой 1 А на участке с напряжением 1 В.
Следовательно, 1Вт = 1А·1В. Ватт сравнительно небольшая мощность, на
практике используют более крупные единицы, кратные ватту: 1 гВт (гектоватт) =
100 Вт, 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт, 1 МВт (мегаватт) = 1000000 Вт. Измерить
мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы
вычислить искомую мощность, умножают напряжение на силу тока, найденные по
показаниям приборов. Существуют специальные приборы - ваттметры, которые
непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи. В таблице
приведены мощности некоторых источников и потребителей электрического
тока.
Мощность различных электрических устройств | кВт |
Лампа карманного фонаря | 0,001 |
Холодильник домашний | 0,110-0,16 |
Лампы осветительные (бытовые) | 0,015-0,2 |
Электрический утюг | 0,3 - 1 |
Стиральная машина | 0,35-0,6 |
Электрическая плитка | 0,6; 0,8; 1; 1,25 |
Электропылесос | до 0,6 |
Лампы в звездах башен Кремля | 5 |
Двигатель электровоза ВЛ10 | 650 |
Электровоз ВЛ10 | 5200 |
Электродвигатель прокатного стана | 6000-9000 |
Гидрогенератор Братской ГЭС | 250 000 |
Турбогенератор | 50 000 - 1 200 000 |
В паспортах приемников тока - лампах, плитках,
электродвигателях - обычно указывают мощность тока в них. По мощности легко
определить работу тока за заданный промежуток времени, пользуясь формулой
A=Pt.
Выражая мощность в ваттах, а время в секундах,
получим работу в джоулях:
1 Вт = 1 Дж/с, откуда 1 Дж
= 1 Вт·с.
Однако эту единицу работы неудобно
использовать в практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит
работу в течение длительного времени, например в бытовых приборах - в течение
нескольких часов, в электропоездах - по несколько часов и даже суток, а расчет
израсходованной энергии по электросчетчику производится чаще всего за месяц.
Поэтому при вычислении работы тока или затрачиваемой и вырабатываемой
электрической энергии во всех этих случаях приходится переводить эти отрезки
времени в секунды, что усложняет расчеты.
Поэтому в
практике, вычисляя работу тока, гораздо удобнее время выражать в часах, а работу
тока не в джоулях, а в других единицах: ватт-час (Вт·ч), гектоватт-час (гВт·ч),
киловатт-час (кВт·ч).
1 Вт·1ч = 3600
Дж;
1 гВт·1ч =360000 Дж;
1
кВт·1ч =3600000 Дж.