Мощность и накопленная энергия
Меняй U, I и длительность. Сравни мощность сейчас и энергию за всё время.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Постоянный ток: P = UI, A = UIt. Ток и напряжение задаются как рабочие параметры нагрузки; это не фиксированный резистор.
Работа через напряжение и ток
При постоянном напряжении работа A = Uq. Если ток постоянен, q = It, поэтому A = UIt. Формула показывает, сколько электрической энергии передано участку за время работы.
Эта энергия может превратиться в нагрев, свет, механическую работу и другие формы. Работа тока не обязательно равна только выделившейся теплоте: для двигателя значительная часть связана с механическим действием.
A = Uq
Энергия при переносе заряда
q = It
Заряд за время
A = UIt
Работа постоянного тока
При постоянных U и I работа тока равна UIt.
Когда всю работу можно считать теплотой?
В идеализированном неподвижном резисторе, где нет других существенных преобразований. Для двигателя или аккумулятора такое отождествление неверно.
Мощность — скорость передачи энергии
Мощность P = A/t показывает работу за единицу времени. Для постоянного тока P = UI. Единица — ватт: 1 Вт = 1 Дж/с. Устройство мощностью 60 Вт за каждую секунду получает 60 Дж электрической энергии при указанном режиме.
Для омического резистора можно подставить закон Ома: P = I²R или P = U²/R. Выбирай форму по известным данным. При постоянном токе увеличение R усиливает нагрев I²R; при постоянном напряжении увеличение R уменьшает U²/R.
| Что постоянно? | Формула | При росте R |
|---|---|---|
| Ток I | P = I²R | Мощность растёт |
| Напряжение U | P = U²/R | Мощность уменьшается |
Вывод о влиянии сопротивления зависит от того, что сохраняется постоянным.
Почему фраза «больше сопротивление — больше нагрев» неполна?
Не указано, одинаковы ли токи или напряжения. Для разных условий зависимость мощности от R противоположна.
Демонстрационный электрический двигатель
Электрическая энергия может превращаться в механическую работу, а не только в нагрев.
Rama · CC BY-SA 3.0 fr · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Химический элемент типоразмера AA
Энергия, переданная нагрузке, зависит от напряжения, тока и времени работы.
Solomon203 · CC BY 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Ватты и киловатт-часы
Киловатт — единица мощности. Киловатт-час — единица энергии: 1 кВт·ч = 1000 Вт·3600 с = 3,6·10⁶ Дж. Прибор мощностью 0,5 кВт за 2 часа постоянной работы потребит 1 кВт·ч.
Не путай кВт·ч с кВт/ч. Произведение мощности на время даёт энергию; деление означало бы другую величину. В модели можно сравнить энергию короткой работы мощного прибора и долгой работы маломощного.
| Величина | Единицы | Связь |
|---|---|---|
| Мощность | Вт, кВт | P = A/t |
| Энергия | Дж, кВт·ч | A = Pt |
| Перевод | 1 кВт·ч | 3,6 МДж |
Киловатт-час — энергия, а не мощность.
Какая энергия нужна прибору 100 Вт за 3 часа?
0,1 кВт·3 ч = 0,3 кВт·ч = 1,08 МДж при постоянной мощности.
Расчёт учебной цепи
На резисторе U = 12 В, ток I = 0,5 А. Мощность P = 6 Вт. За 5 минут, то есть 300 с, работа A = 6·300 = 1800 Дж. Можно проверить напрямую: 12·0,5·300 = 1800 Дж.
В цепях переменного тока и у сложных приборов произведение показаний U и I не всегда равно активной мощности без дополнительных данных. Здесь рассматривается постоянный ток; бытовое потребление удобно считать по известной активной мощности и времени её действия.
Мощность
12·0,5 = 6 Вт
Время
5 мин = 300 с
Энергия
6·300 = 1800 Дж
Условие постоянного режима важно для простого расчёта A = Pt.
Холодильник с указанной мощностью всегда потребляет её круглые сутки?
Нет. Устройство может включаться и выключаться или менять режим. Для энергии нужно учитывать фактическое время и мощность работы.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 26. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 26. электрического тока.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.