Watt's Law Was ist, Beispiele, Anwendungen

Der Wattgesetz Es gilt für elektrische Schaltungen und legt diese elektrische Leistung fest P Mit einem Schaltungselement geliefert, ist es direkt proportional zum Produkt zwischen der Vorschubspannung V der Schaltung und der Stromintensität Yo das zirkuliert durch ihn.

Elektrische Leistung ist ein sehr wichtiges Konzept, da sie darauf hinweist, wie schnell es ein Element ist, um Elektrizität in eine andere Form von Energie zu verwandeln. Mathematisch wird die angegebene Definition des Watts Gesetzes wie folgt ausgedrückt:

P = v.Yo

Abbildung 1. Die elektrische Leistung zeigt die Geschwindigkeit an, mit der der Strom transformiert wird. Quelle: Pixabay

Im International Units System (SI) wird das Stromeinheit aufgerufen Watt Und es wird W zu Ehren von James Watt (1736-1819), einem wegweisenden schottischen Ingenieur der industriellen Revolution, abgekürzt. Da die Leistung die Energie pro Zeiteinheit ist, entspricht 1 W 1 Joule/Sekunde.

Wir sind alle mit dem Konzept der elektrischen Leistung auf die eine oder andere Weise vertraut. Zum Beispiel bringen häusliche elektrische Geräte der gemeinsamen Verwendung immer ihre Stromversorgung, einschließlich Glühbirnen, elektrischen Kojen oder Kühlschränken, unter anderem.

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Watt Law- und Kreiselemente

Das Watt -Gesetz gilt für Schaltungselemente mit unterschiedlichem Verhalten. Es kann eine Batterie, ein Widerstand oder andere sein. Unter den Enden des Elements wird eine Potentialdifferenz festgestellt V_B - V_ZU = V_Ab Und der Strom zirkuliert in Richtung A nach B, wie in der folgenden Abbildung angegeben:

Figur 2. Ein Schaltungselement, in dem eine Potentialdifferenz festgestellt wurde. Quelle: f. Zapata.

In einer sehr kleinen Zeit Dt, Eine bestimmte Menge an Last bestehen DQ, so dass die daran erledigte Arbeiten gegeben wird durch:

dw = v.DQ

Wo DQ Es bezieht sich auf den Strom als:

DQ = i.Dt

So:

Kann Ihnen dienen: Roter Zwerg

dw = v. Yo.Dt

dw/dt = v. Yo

Und da die Leistung pro Zeiteinheit Arbeit ist:

P = v.Yo

-Ja v_Ab > 0, Ladungen, die durch die Elemente gehen, gewinnen potenzielle Energie. Das Element liefert Energie von einer Quelle. Es könnte eine Batterie sein.

Figur 3. Stromversorgung durch eine Batterie. Quelle: f. Zapata.

-Ja v_Ab < 0, las cargas pierden energía potencial. El elemento disipa energía, tal como una resistencia.

Figur 4. Widerstand verändert die Energie in Wärmeform. Quelle: f. Zapata.

Beachten Sie, dass der von einer Quelle gelieferte Strom nicht nur von der Spannung abhängt, sondern auch vom Strom. Dies ist wichtig zu erklären, warum Autobatterien so groß sind und berücksichtigt, dass sie kaum 12 V liefern.

Was passiert ist, dass der Startermotor für kurze Zeit einen hohen Strom benötigt, der die erforderliche Leistung für den Start des Autos bietet.

Watt Law und Ohmsche Gesetz

Wenn das Schaltungselement ein Widerstand ist, kann das Watt -Gesetz und das Ohmsche Gesetz kombiniert werden. Letzteres legt das fest:

V = i. R

Das führt durch das Ersetzen in Watts Gesetz zu:

P = v. I = (i.R).I = i².R

Eine Version, die auf Spannung und Widerstand basiert, kann auch erhalten werden:

P = v. (V/r) = v² / R

Die möglichen Kombinationen zwischen den vier Größen: Power P, Strom I, Spannung V und Widerstand r. Nach den von einem Problem angebotenen Daten werden die bequemsten Formeln ausgewählt.

Nehmen wir beispielsweise an, dass es in einem bestimmten Problem gebeten wird, den Widerstand R im unteren linken Raum des Briefes zu finden.

Abhängig von den Größen, deren Wert bekannt ist, werden einige der drei verwandten Gleichungen (in Grün) ausgewählt (in grün). Angenommen, sie kennen sich gegenseitig V Und Yo, So:

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R = v/ i

Wenn sie bekannt sind P Und Yo, Und Widerstand wird angefordert, verwendet:

R = p / i²

Schließlich, wenn sie sich kennen P Und V, Der Widerstand wird erhalten durch:

R = p² /V

Abbildung 5. Watt Law Formeln und Ohmsche Gesetz. Quelle: f. Zapata.

Anwendungen

Das Watt -Gesetz kann in elektrischen Schaltungen angewendet werden, um den vom Element gelieferten oder konsumierten elektrischen Strom zu finden. Die Glühbirnen sind gute Beispiele für die Anwendung des Watt -Gesetzes.

Beispiel 1

Eine spezielle Glühbirne, um mehrere Beleuchtung in einem zu erhalten, hat zwei Wolframfilamente, deren Widerstände r sind_ZU = 48 Ohm und r_B = 144 Ohm. Sie sind mit drei Punkten verbunden, die als 1, 2 und 3 bezeichnet werden, wie in der Figur zu sehen ist.

Das Gerät wird von Switches gesteuert, um die Anschlusspaare auszuwählen und es auch mit dem 120 -V -Netzwerk zu verbinden. Finden Sie alle möglichen Kräfte, die erhalten werden können.

Abbildung 6. Schema für das Beispiel gelöst 1. Brunnen. D. Figueroa. Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen.

Lösung

- Wenn sich die Klemmen 1 und 2 verbinden, ist nur der Widerstand r r_ZU Es ist aktiviert. Da es sich bei der Spannung um 120 V und den Wert des Widerstands handelt, werden diese Werte direkt in der Gleichung ersetzt:

P = v²/R = (120 V)²/48 Ohm = 300 w

- Anschlussklemmen 2 und 3, Widerstand R wird aktiviert_B, deren Kraft ist:

P = v²/R = (120 V)²/144 Ohm = 100 w

- Ermöglichen. Der äquivalente Widerstand ist:

R_Gl = R_ZU + R_B = 48 Ohm + 144 Ohm = 192 Ohm

Deshalb:

P = v²/R = (120 V)² /192 Ohm = 75 w

- Schließlich besteht die verbleibende Möglichkeit darin, den Widerstand parallel zu verbinden, wie in Diagramm d gezeigt). Der äquivalente Widerstand in diesem Fall ist:

1/ r_Gl = (1/r_ZU) + (1/r_B) = (1/48 Ohm) + (1/144 Ohm) = 1/36 Ohm.

Daher ist der äquivalente Widerstand R_Gl = 36 Ohm. Mit diesem Wert ist die Kraft:

Kann Ihnen dienen: Elektrische Eigenschaften von Materialien

P = v² / R = (120 V)² / 36 Ohm = 400 w

Beispiel 2

Zusätzlich zum WATT ist eine weitere Einheit, die weit verbreitet ist, die für die Stromversorgung verwendet wird, der Kilowatt (oder Kilowatt), der als KW abgekürzt wird. 1 kW entspricht 1000 Watt.

Unternehmen, die Häuser in Bezug auf die verbrauchte Energie Strom liefern, nicht für die Stromversorgung. Die Einheit, die sie verwenden, ist die Kilowatt-Hora (KW-H), die trotz des Namens von Watt Energie für Energie ist.

1 Kilowatt-Hora oder KW-H Es ist die Energie, die in 1 Stunde durch eine Leistung von 1000 Watt geliefert wird, was in Joule gleichwertig wäre:

1 kW-H = 1000 W x 3600 s = 3.6 x 10 ⁶ J

a) Angenommen, ein Haus verbraucht 750 kWh für einen bestimmten Monat. Was wird die Höhe der Stromrechnung dieses Monats sein?? Der folgende Verbraucherplan folgt:

- Grundsatz: $ 14.00.

- Preis: 16 Cent/kWh, bis Sie 100 kWh pro Monat erreichen.

- Die folgenden 200 kWh pro Monat haben einen Wert von 10 Cent/kWh.

- Und über 300 kWh pro Monat werden 6 Cent berechnet/kWh.

b) Finden Sie die durchschnittlichen Stromkosten für Strom.

Lösung für

- Der Kunde verbraucht 750 kW-H pro Monat und übersteigt daher die in jeder Phase angegebenen Kosten. Für die ersten 100 kWh beträgt der Geldwert: 100 kWh x 16 Cent /kWh = 1600 Cent = 16.00 $

- Die folgenden 200 kWh haben Kosten von: 200 kWh x 10 Cent /kWh = 2000 Cent = 20.00 $.

- Über diesen 300-kW-H-H-H konsumiert der Kunde 450 kW-H mehr für insgesamt 750 kW-H. Die Kosten in diesem Fall sind: 450 kWh x 6 Cent /kWh = 2700 Cent = 27.00 $.

- Schließlich werden alle erhaltenen Beträge zuzüglich des Basissatzes hinzugefügt, um den Preis des Eingangs dieses Monats zu erhalten:

Preis zu zahlen = 14.00 $+ 16.00 $ +20.00 $+ 27.00 $ = $ 77.

Lösung b

Die durchschnittlichen Kosten sind: 77 $ / 750 kWh = 0.103 $ /kW-H = 10.3 Cent /kWh.

Verweise

1. Alexander, c. 2006. Fundamente des Stromkreises. 3. Auflage. McGraw Hill.
2. Berdahl, e. Einführung in die Elektronik. Erholt von: ccrma.Stanford.ed.
3. Boylestad, r. 2011. Einführung in die Schaltungsanalyse. 13. Auflage. Pearson.
4. Elektroverbesserungsverband. Ohm's Law & Watt's Law Taschenrechner mit Beispiel. Wiederhergestellt von: ElectricalRebuilders.Org
5. Figueroa, d. (2005). Serie: Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Band 5. Elektrizität. Herausgegeben von Douglas Figueroa (USB).