ВАТТ-ОВ ЗАКОН: ШТА ЈЕ ТО, ПРИМЈЕРИ, АПЛИКАЦИЈЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Закон В се наноси на електричним колима и утврди да је електрична снага П која је обезбедила елемента кола, је директно пропорционална производу између напона напајања В круга и струјом И која тече кроз њега.

Електрична енергија је врло важан концепт, јер указује на то колико је брзо елемент елемената да трансформише електричну енергију у неки други облик енергије. Математички, дата дефиниција Ватт-овог закона изражена је овако:

Слика 1. Електрична снага показује колико се брзо трансформише електрична енергија. Извор: Пикабаи

У Међународном систему јединица (СИ), јединица снаге назива се ват и скраћено В, у част Јамеса Ватта (1736-1819), шкотског инжењера пионира индустријске револуције. Пошто је снага енергија по јединици времена, 1 В је једнако 1 јоуле / сецонд.

Сви смо на овај или онај начин упознати са појмом електричне енергије. На пример, кућни електрични уређаји у уобичајеној употреби увек имају одређену снагу, укључујући, између осталог, сијалице, електричне горионике или фрижидере.

Ватт-ов закон и елементи склопа

Ватт-ов закон односи се на елементе кругова различитог понашања. То може бити батерија, отпорник или друго. Поновна разлика В _Б - В _А = В _АБ утврђује се између крајева елемента и струје која тече од А до Б, као што је назначено на следећој слици:

Слика 2. Елемент круга у којем је утврђена разлика потенцијала. Извор: Ф. Запата.

У врло кратком времену дт прође одређена количина дк набоја, тако да посао на њему добије:

Где је дк повезан са струјом као:

Тако:

А пошто је снага рад по јединици времена:

-Ако В _АБ > 0, набоји који пролазе кроз елемент добијају потенцијалну енергију. Елемент напаја енергију из неког извора. То би могла бити батерија.

Слика 3. Напајање које обезбеђује батерија. Извор: Ф. Запата.

-Ако В _АБ <0, набоји губе потенцијалну енергију. Елемент расипа енергију, као што је отпорник.

Слика 4. Отпор трансформише енергију у топлоту. Извор: Ф. Запата.

Имајте на уму да снага коју напаја извор не зависи само од напона, већ и од струје. Ово је важно да се објасни зашто су батерије за аутомобиле толико велике, имајући у виду да једва напајају 12В.

Оно што се догађа је да је стартер мотору потребно кратко време, да би се обезбедила потребна снага за покретање аутомобила.

Ватт-ов и Охмов закон

Ако је елемент круга отпорник, Ватт-ов и Охмов закон могу се комбиновати. Последње наводи да:

Што замјеном Ватт-овог закона доводи до:

Може се добити и верзија зависно од напона и отпора:

Могуће комбинације између четири количине: снаге П, струје И, напона В и отпора Р приказују се на графикону на слици 5. Према подацима датим проблемом одабире се најпогоднија формула.

На пример, претпоставимо да се у одређеном проблему од вас тражи да нађе отпор Р који се налази у доњој левој четвртини карте.

У зависности од количина чија је вредност позната, бира се једна од три повезане једначине (зеленом бојом). На пример, претпоставимо да смо В и ја познати онда:

Ако су уместо тога П и И познати, а отпор се тражи, користите:

Коначно, када су познати П и В, отпор се добија:

Слика 5. Формуле за Ватт-ов и Охмов закон. Извор: Ф. Запата.

Апликације

Ватт-ов закон може се применити у електричним круговима како би се пронашла електрична снага коју елемент испоручује или троши. Сијалице су добар примери примене Ватт-овог закона.

Пример 1

Специјална сијалица за добијање неколико светла у једној има два волфрамова филамента чија су отпора Р _А = 48 охм и Р _Б = 144 охм. Повезане су у три тачке, означене са 1, 2 и 3, као што је приказано на слици.

Уређајем се управља прекидачима за одабир парова терминала и повезивање са мрежом од 120 В. Пронађите све могуће снаге које се могу добити.

Слика 6. Шема за обрађени пример 1. Извор. Д. Фигуероа. Физика за науку и инжењерство.

Решење

- Кад су прикључени терминали 1 и 2, остаје само отпорник Р _А. Пошто имамо напон који је 120 В и вредност отпора, ове вредности су директно супституисане у једначини:

- Спајање прикључака 2 и 3, активира се отпорник Р _Б чија је снага:

- Прикључци 1 и 3 омогућавају серијско спајање отпорника. Еквивалентни отпор је:

Тако:

- Коначно, преостала могућност је да се отпорници паралелно повежу, као што је приказано на дијаграму д). Еквивалентни отпор у овом случају је:

Стога је еквивалентни отпор Р _ек = 36 охм. Уз ову вредност, снага је:

Пример 2

Поред вата, још једна широко коришћена јединица за снагу је киловат (или киловат), скраћено као кВ. 1 кВ једнак је 1000 вати.

Компаније које кућама испоручују електричну енергију плаћају рачуне за потрошену енергију, а не за струју. Јединица коју користе је киловатни сат (кВ-х), која упркос називу вата, представља јединицу за енергију.

а) Претпоставимо да домаћинство троши 750 кВх током одређеног месеца. Колики ће бити износ струје за тај месец? Следи следећи план потрошње:

- Основна стопа: 14,00 УСД.

- Цена: 16 центи / кВх до 100 кВх месечно.

- Следећих 200 кВх месечно вреде 10 центи / кВх.

- И изнад 300 кВх месечно наплаћује се 6 центи / кВх.

б) Пронађите просечне трошкове електричне енергије.

Решење за

- Купац потроши 750 кВ-х месечно, што премашује трошкове назначене у свакој фази. За првих 100 кВх вредност новца је: 100 кВх к 16 центи / кВх = 1600 центи = 16,00 УСД

- Сљедећих 200 кВх има трошак: 200 кВх к 10 центи / кВх = 2000 центи = 20,00 УСД.

- Изнад ових 300 кВ-х, купац троши 450 кВ-х више, за укупно 750 кВ-х. Трошак у овом случају је: 450 кВх к 6 центи / кВх = 2700 центи = 27,00 УСД.

- Коначно, сви добијени износи плус основна стопа додају се да би се добила цена потврде за тај месец:

Решење б

Просјечни трошак је: 77/750 кВх = 0,103 УСД / кВ-х = 10,3 цента / кВх.

Референце

1. Алекандер, Ц. 2006. Основе електричних кола. 3рд. Едитион. МцГрав Хилл.
2. Бердахл, Е. Увод у електронику. Опоравак од: ццрма.станфорд.ед.
3. Боилестад, Р. 2011. Увод у анализу кола. 13тх. Едитион. Пеарсон.
4. Удружење електроинсталатора. Охмов закон и Ватт-ов калкулатор закона са примерима. Опоравак од: елецтрицребуилдерс.орг
5. Фигуероа, Д. (2005). Серија: Физика за науку и инжењерство. Волумен 5. Електрична енергија. Уредио Доуглас Фигуероа (УСБ).