עבודה והספק של זרם חשמלי

זרם חשמלי העובר דרך חוטים פועל על ידי הפיכת אנרגיה חשמלית לכל אנרגיה אחרת: חום, אור, מכאני, כימי וכו'. לפרטים נוספים ראה כאן: פעולה של זרם חשמלי

אם מתח של וולט אחד מופעל על צרכן האנרגיה החשמלית, זה אומר שמקור האנרגיה החשמלית, המעביר תליון חשמל אחד דרך הצרכן, צורך ג'אול אחד של אנרגיה חשמלית בו.

זרם חשמלי הופך אנרגיה זו לסוג אחר של אנרגיה, ולכן נהוג לומר שהזרם החשמלי העובר דרך הצרכן אכן עובד... כמות העבודה הזו שווה לכמות האנרגיה החשמלית שצורך המקור.

כוח הוא הערך המאפיין את המהירות שבה המרת אנרגיהאו הקצב שבו מתבצעת העבודה.

במקור של EMF בהשפעת כוחות כימיים (בתאים ראשוניים ובסוללות) או כוחות אלקטרומגנטיים במחוללים חשמליים, מתרחשת הפרדה של מטענים.

עבודה שנעשתה על ידי כוחות חיצוניים במקור כאשר המטען נכנס פנימה או, כפי שנאמר, "מפותח" במקור אנרגיה חשמלית, נמצא על ידי הנוסחה:

A = QE

אם המקור סגור למעגל חיצוני, אז מטענים משתחררים לתוכו ללא הרף והכוחות החיצוניים עדיין עושים עבודה A = QE, או בהינתן ש-Q = It, A = EIt.

מ חוק שימור האנרגיה אנרגיה חשמלית שנוצרת על ידי מקור EMF במהלך אותו זמן "מבזבזת" (כלומר מומרת) לסוגים אחרים של אנרגיה בחלקי המעגל החשמלי.

חלק מהאנרגיה מושקעת בקטע החיצוני:

A1 = UQ = UIt,

כאשר U הוא מתח מסוף המקור, שעם המעגל החיצוני סגור אינו שווה עוד ל-EMF.

חלק נוסף של האנרגיה "אבד" (הופך לחום) בתוך המקור:

A2 = A — A1 = (E — U) It = UoIt

בנוסחה האחרונה, Uo - זהו ההבדל בין ה-EMF למתח מסוף המקור, הנקרא מפל המתח הפנימי... לכן,

Uo = E — U,

איפה

E = U + Uo

כְּלוֹמַר ה-emf של המקור שווה לסכום המתח המסוף ומפל המתח הפנימי.

דוגמה. הקומקום החשמלי מחובר לרשת 220 וולט. יש צורך לקבוע את האנרגיה הנצרכת בקומקום במשך 12 דקות, אם הזרם בגוף החימום של הקומקום הוא 2.5 A.

A =220 · 2.5 · 60 = 396000 J.

הערך המאפיין את קצב המרת האנרגיה או את הקצב שבו מתבצעת העבודה נקרא הספק (סימן P):

P = A/t

עוצמתו של זרם חשמלי היא העבודה שלו ליחידת זמן.

הערך המאפיין את הקצב שבו אנרגיה מכנית או אחרת מומרת לאנרגיה חשמלית במקור נקרא כוח גנרטור:

Pr = A / t = EIt / t = EI

הערך המאפיין את הקצב שבו הפיכת אנרגיה חשמלית בחלקים חיצוניים של המעגל לסוגי אנרגיה אחרים, הנקראים כוח צרכני:

P1 = A1 / t = UIt / t = UI

ההספק המאפיין את הצריכה הלא פרודוקטיבית של אנרגיה חשמלית, למשל עבור הפסדי חום בתוך הגנרטור, נקרא אובדן הספק:

Po = (A - A1) / t = UoIt / t = UoI

לפי חוק שימור האנרגיה, הספק המחולל שווה לסכום ההספקים; משתמשים והפסדים:

Pr = P1 + Po

יחידות עבודה וכוח

יחידת הכוח נמצאת מהנוסחה P = A / t = j / sec. זרם חשמלי מפתח כוח בוואט אחד אם הוא מבצע עבודה השווה לג'אול אחד בכל שנייה.

יחידת המדידה של הספק j/s נקראת וואט (ייעוד W), כלומר. 1 W = 1 j/s.

מצד שני, מ-A = QE 1 J = 1 Kx l V, ומכאן 1 W = (1V x 1K) / 1s1 = 1V x 1 A = 1 VA, כלומר, הוואט הוא הספק של זרם חשמלי ב 1A במתח של 1V.

יחידות ההספק הגדולות יותר הן הקטוואט 1 GW = 100 W והקילווואט - 1 קילוואט = 103 W

אנרגיה חשמלית מחושבת בדרך כלל ב: וואט-שעה (Wh) או מספר יחידות: הקטוואט-שעה (GWh) וקילוואט-שעה (kWh). 1 קילוואט-שעה = 3,600,000 ג'אול.