Физика · конспекты
★0
Физика › 8 класс › Электрические явления

Тема 44Работа и мощность электрического тока

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Мощность токаработой электрического токасчётчик электрической энергииваттахваттметромкиловатт-часах

Когда заряд qq проходит по участку цепи с напряжением UU, поле совершает работу A=UqA=Uq. Её называют работой электрического тока. Так как q=Itq=It:

Работа тока
A=U I t1 Дж=1 В⋅А⋅сA=U\,I\,t\qquad 1\ \text{Дж}=1\ \text{В}\cdot\text{А}\cdot\text{с}

Работа тока равна произведению напряжения, силы тока и времени.

Для измерения работы тока нужны вольтметр, амперметр и часы — или специальный прибор, счётчик электрической энергии.

Счётчик электрической энергии
Счётчик электрической энергии Иллюстрация: light-fizika.ru

Мощность тока

Определение

Мощность тока — работа тока за единицу времени. Обозначается PP, измеряется в ваттах (Вт).

Закон
P=At=U I1 Вт=1 В⋅АP=\frac{A}{t}=U\,I\qquad 1\ \text{Вт}=1\ \text{В}\cdot\text{А}

С учётом закона Ома: P=I2R=U2RP=I^2R=\dfrac{U^2}{R}.

Кратные единицы: 1 кВт=10001\ \text{кВт}=1000 Вт, 1 МВт=1061\ \text{МВт}=10^6 Вт. Мощность измеряют ваттметром или вычисляют по показаниям амперметра и вольтметра.

Бытовой ваттметр показывает мощность включённого прибора
Бытовой ваттметр показывает мощность включённого прибора Иллюстрация: light-fizika.ru

Киловатт-час

Счётчики считают энергию в киловатт-часах: это работа тока мощностью 1 кВт за 1 ч.

1 кВт⋅ч=1000 Вт⋅3600 с=3,6⋅106 Дж1\ \text{кВт}\cdot\text{ч}=1000\ \text{Вт}\cdot3600\ \text{с}=3{,}6\cdot10^6\ \text{Дж}
ПриборМощность
Светодиодная лампа8–12 Вт
Лампа накаливания60–100 Вт
Телевизор, ноутбук50–150 Вт
Холодильник100–200 Вт
Утюг1–2 кВт
Электрочайник2 кВт
Сколько энергии за год расходуют бытовые приборы
Сколько энергии за год расходуют бытовые приборы Иллюстрация: light-fizika.ru
Пример

Чайник мощностью 2 кВт работает 6 мин. Сколько энергии он израсходовал и сколько это стоит при тарифе 6 руб. за кВт·ч?

A=Pt=2 кВт⋅0,1 ч=0,2 кВт⋅ч;0,2⋅6=1,2 руб.A=Pt=2\ \text{кВт}\cdot0{,}1\ \text{ч}=0{,}2\ \text{кВт}\cdot\text{ч};\qquad 0{,}2\cdot6=1{,}2\ \text{руб.}
Образ для запоминания

Мощность — «аппетит» прибора (сколько он «съедает» за секунду), работа — «сколько съел всего». Аппетит × время = съедено: A=PtA=Pt.

⚗ Мини-опыт

Включайте приборы и задавайте время работы. Сколько киловатт-часов «накрутит» счётчик за сутки? Что дороже: лампа 60 Вт на всю ночь или чайник 2 кВт на 10 минут?

▶ Симуляция PhET

Соберите цепь «батарейка — лампа» и подключите амперметр и вольтметр. Вычислите мощность лампы P=UIP=UI. Как она меняется, если увеличить напряжение?

Электрические схемы: «Постоянный ток»Открыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1По какой формуле находят мощность тока?
UItUIt — это работа, а не мощность.
2Чему равен 1 кВт·ч в джоулях?
1000 Вт⋅3600 с1000\ \text{Вт}\cdot3600\ \text{с}.
3Что измеряет электрический счётчик?
Он показывает киловатт-часы.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Напряжение 220 В, сила тока 0,5 А. Какова мощность?

    Ответ

    P=220⋅0,5=110P=220\cdot0{,}5=110 Вт.

    Как получилось?

  2. Мощность прибора 1000 Вт при напряжении 220 В. Какова сила тока?

    Ответ

    I=1000220≈4,5I=\dfrac{1000}{220}\approx4{,}5 А.

    Как получилось?

  3. Лампа мощностью 60 Вт горит 5 ч. Сколько энергии она израсходует?

    Ответ

    A=0,06⋅5=0,3A=0{,}06\cdot5=0{,}3 кВт·ч ≈1,08⋅106\approx1{,}08\cdot10^6 Дж.

    Как получилось?

  4. Какую работу совершит ток за 10 с при напряжении 12 В и силе тока 2 А?

    Ответ

    A=12⋅2⋅10=240A=12\cdot2\cdot10=240 Дж.

    Как получилось?

  5. Переведите 1 кВт·ч в джоули.

    Ответ

    3,6⋅1063{,}6\cdot10^6 Дж.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Чайник мощностью 2 кВт работает по 6 мин в день. Сколько энергии он израсходует за 30 дней и сколько это стоит при тарифе 6 руб./кВт·ч?

    Ответ

    A=2⋅0,1⋅30=6A=2\cdot0{,}1\cdot30=6 кВт·ч; 36 руб.

    Как получилось?

  2. Сопротивление спирали 50 Ом, напряжение сети 220 В. Какова мощность?

    Ответ

    P=U2R=220250=968P=\dfrac{U^2}{R}=\dfrac{220^2}{50}=968 Вт.

    Как получилось?

  3. Две лампы на 220 В мощностью 60 Вт и 100 Вт. У какой сопротивление нити больше?

    Ответ

    R=U2PR=\dfrac{U^2}{P}: у 60-ваттной ≈ 807 Ом, у 100-ваттной ≈ 484 Ом — больше у 60-ваттной.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Мощность тока
P=UI=I2R=U2RP=UI=I^2R=\dfrac{U^2}{R}
Работа тока
A=UItA=UIt
Киловатт-час
1 кВт⋅ч=3,6⋅1061\ \text{кВт}\cdot\text{ч}=3{,}6\cdot10^6 Дж

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.