Работа и мощность тока

Работа тока

Ток совершает работу: греет спираль, крутит мотор, светит лампой. Считают эту работу как произведение напряжения, силы тока и времени.

Обозначают её буквой A и измеряют в джоулях. Формула прямо следует из определения напряжения.

Из закона Ома получаются ещё две записи. Работу можно посчитать через сопротивление и ток или через напряжение и сопротивление.

Мощность тока

Мощность показывает работу за секунду. Для электрической цепи она равна произведению напряжения и силы тока.

Измеряют её в ваттах. Один ватт это один джоуль в секунду, а тысяча ватт составляет киловатт.

Мощность прибора обычно написана прямо на нём. Лампочка сорок ватт, ноутбук шестьдесят, чайник две тысячи, электроплита до восьми тысяч.

Зная мощность и напряжение сети, легко найти ток. Именно так проверяют, выдержит ли розетка новый прибор.

Киловатт-час

Джоуль слишком мелок для домашних расчётов. Поэтому энергию в быту считают в киловатт-часах.

Один киловатт-час это работа прибора мощностью один киловатт в течение часа. В джоулях это три миллиона шестьсот тысяч.

Счётчик складывает эти киловатт-часы. Умножь их число на цену, и получишь сумму в квитанции.

Прикинуть расход просто. Чайник в два киловатта, работающий десять минут в день, съедает за месяц около десяти киловатт-часов.

Закон Джоуля и Ленца

Проходя по проводнику, ток нагревает его. Количество теплоты равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени.

Это правило нашли независимо друг от друга англичанин Джоуль и петербургский физик Ленц.

Из формулы видно главное. Теплота растёт как квадрат тока, поэтому удвоение тока даёт вчетверо больший нагрев.

Отсюда и требование к проводке. Провод подбирают по току: тонкий провод при большой нагрузке раскаляется и поджигает изоляцию.

Почему плохой контакт опасен

В месте, где провода соединены неплотно, сопротивление резко возрастает.

Ток там прежний, а сопротивление больше, значит выделяется больше тепла. Розетка греется, пластик оплавляется.

Именно поэтому обгоревшая розетка требует замены, а не изоленты. Место с плохим контактом становится маленьким нагревателем внутри стены.

По той же причине провода соединяют клеммой или пайкой, а не скруткой. Со временем скрутка окисляется, сопротивление растёт, и нагрев усиливается сам собой.

Лампы и экономия

Лампа накаливания превращает в свет лишь пять процентов энергии. Остальное уходит в тепло.

Светодиодная лампа даёт тот же свет при мощности в восемь раз меньшей. Отсюда и разница в счетах.

Экономят и на другом. Крышка на кастрюле, полная загрузка стиральной машины, выключенный свет в пустой комнате.

Дежурный режим тоже расходует энергию. Телевизор и зарядка в розетке берут по паре ватт, а за год такие мелочи складываются в заметное число.

Мощность прибора не единственное, что важно. Значение имеет и время работы: слабый, но круглосуточный прибор может обойтись дороже мощного, но редко включаемого.

Задача с разбором

В квартире одновременно работают чайник на две тысячи ватт, стиральная машина на две тысячи и электроплита на четыре тысячи.

Общая мощность восемь киловатт. Делим на двести двадцать вольт и получаем ток около тридцати шести ампер.

Автомат в щитке обычно рассчитан на двадцать пять или тридцать два ампера. Значит, он отключится.

Вывод простой: мощные приборы включают по очереди, и это не жадность, а требование безопасности.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление, разобрано в уроке «Сопротивление и закон Ома». Про то, как соединяют приборы в квартире, речь шла в уроке «Соединения проводников».