Watts lag Vad är, exempel, applikationer

De Watt lag Det gäller elektriska kretsar och fastställer den elektriska kraften P Levereras av ett kretselement är det direkt proportionellt mot produkten mellan foderspänningen V av kretsen och den nuvarande intensiteten Yo som cirkulerar genom honom.

Elektrisk kraft är ett mycket viktigt koncept, eftersom det påpekar hur snabbt det är ett element att förvandla elektricitet till någon annan form av energi. Matematiskt uttrycks den givna definitionen av Watts lag enligt följande:

P = v.Yo

Figur 1. Elektrisk kraft indikerar hastigheten med vilken el transformeras. Källa: Pixabay

I det internationella enhetssystemet (SI) kallas kraftenheten Watt Och det är förkortat W, till hedern för James Watt (1736-1819), en banbrytande skotsk ingenjör för den industriella revolutionen. Eftersom kraften är energi per tidsenhet är 1 W lika med 1 joule/sekund.

Vi är alla bekanta med begreppet elektrisk kraft på ett eller annat sätt. Till exempel, hem elektriska enheter av vanligt bruk tar alltid med sig sin kraft, inklusive glödlampor, elektriska kojer eller kylskåp, bland andra.

[TOC]

Watt Law and Circuit Elements

Watts lag gäller för kretselement med olika beteende. Det kan vara ett batteri, ett motstånd eller annat. Bland elementets ändar upprättas en potentiell skillnad V_B - V_TILL = V_Ab Och de nuvarande cirkuleraren i riktning mot A till B, såsom anges i följande figur:

figur 2. Ett kretselement där en potentiell skillnad har fastställts. Källa: f. Zapata.

På mycket liten tid Dt, Passera en viss belastning DQ, Så att det arbete som gjorts på det ges av:

dw = v.DQ

Var DQ Det är relaterat till strömmen som:

DQ = i.Dt

Så:

Kan tjäna dig: röd dvärg

dw = v. Yo.Dt

dw/dt = v. Yo

Och eftersom kraften är arbete per tidsenhet:

P = v.Yo

-Ja v_Ab > 0, avgifter som passerar genom elementet får potentiell energi. Elementet levererar energi från en källa. Det kan vara ett batteri.

Figur 3. Kraft som tillhandahålls av ett batteri. Källa: f. Zapata.

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

Figur 4. Motstånd förvandlar energi i värmeform. Källa: f. Zapata.

Observera att kraften som tillhandahålls av en källa inte endast beror på spänningen, utan också på strömmen. Detta är viktigt för att förklara varför bilbatterier är så stora, med hänsyn till att de knappt levererar 12 V.

Vad som händer är att startmotorn behöver en hög ström under en kort tid, som ger den nödvändiga kraften för att starta bilen.

Watt Law och Ohms lag

Om kretselementet är ett motstånd kan Watts lag och ohms lag kombineras. Det senare konstaterar att:

V = i. R

Det genom att ersätta Watts lag leder till:

P = v. I = (i.R).I = i².R

En version baserad på spänning och motstånd kan också erhållas:

P = v. (V/r) = v² / R

De möjliga kombinationerna mellan de fyra storleken: Power P, ström I, spänning V och motstånd R. Enligt de uppgifter som erbjuds av ett problem väljs de mest praktiska formlerna.

Anta till exempel att det i ett visst problem uppmanas att hitta motståndet R, som är i det nedre vänstra rummet i bokstaven.

Beroende på storleken vars värde är känt väljs några av de tre relaterade ekvationerna (i grönt) (i grönt). Anta till exempel att de känner varandra V och Yo, så:

Kan tjäna dig: Pascal Princip: Historia, Applications, Exempel

R = v/ i

Om de är kända P och Yo, Och motstånd begärs, används:

R = p / i²

Slutligen, när de känner varandra P och V, Motståndet erhålls av:

R = p² /V

Figur 5. Watt lagformler och ohms lag. Källa: f. Zapata.

Ansökningar

Watts lag kan tillämpas i elektriska kretsar för att hitta den elektriska kraften som levereras eller konsumeras av elementet. Glödlamporna är bra exempel på tillämpning av Watts lag.

Exempel 1

En speciell glödlampa för att få flera belysning i en, har två volframfilament, vars motstånd är R_TILL = 48 ohm och r_B = 144 ohm. De är anslutna till tre punkter, betecknade som 1, 2 och 3, som ses i figuren.

Enheten styrs av switchar för att välja terminalpar och ansluta den också till 120 V -nätverket. Hitta alla möjliga krafter som kan erhållas.

Figur 6. Schema för exemplet löst 1. Fontän. D. Figueroa. Fysik för vetenskap och teknik.

Lösning

- När terminalerna 1 och 2 ansluter, är det bara motstånd R_TILL Det är aktiverat. Eftersom spänningen har haft, som är 120 V och värdet på motståndet, ersätts dessa värden direkt i ekvationen:

P = v²/R = (120 V)²/48 ohm = 300 w

- Anslutande terminaler 2 och 3, motstånd R är aktiverat_B, vars kraft är:

P = v²/R = (120 V)²/144 ohm = 100 w

- Terminaler 1 och 3 tillåter motstånd att vara anslutna i serie. Motsvarande motstånd är:

R_eq = R_TILL + R_B = 48 ohm + 144 ohm = 192 ohm

Därför:

P = v²/R = (120 V)² /192 ohm = 75 w

- Slutligen är den återstående möjligheten att ansluta motståndet parallellt, som visas i diagram d). Motsvarande motstånd i detta fall är:

1/ r_eq = (1/r_TILL) + (1/r_B) = (1/48 ohm) + (1/144 ohm) = 1/36 ohm.

Därför är motsvarande motstånd R_eq = 36 ohm. Med detta värde är kraften:

Kan tjäna dig: elektriska egenskaper hos material

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

Exempel 2

Förutom watt är en annan enhet som används för kraft kilowatt (eller kilowatt), förkortad som KW. 1 kW är lika med 1000 watt.

Företag som levererar el till hem faktura när det gäller energin, inte av kraften. Enheten de använder är Kilowatt-Hora (KW-H) som trots att han tar namnet Watt, är energi för energi.

1 kilowatt-hora eller kw-h Det är den energi som levereras på 1 timme genom en effekt på 1000 watt, som i Joules skulle motsvara:

1 kW-h = 1000 w x 3600 s = 3.6 x 10 ⁶ J

a) Anta att ett hem förbrukar 750 kWh under en viss månad. Vad kommer att vara beloppet på den elräkningen för den månaden? Följande konsumentplan följer:

- Basfrekvens: $ 14.00.

- Pris: 16 cent/kWh tills du når 100 kWh per månad.

- Följande 200 kWh per månad har ett värde på 10 cent/kWh.

- Och över 300 kWh per månad debiteras 6 cent/kWh.

b) Hitta den genomsnittliga kostnaden för el.

Lösning till

- Klienten konsumerar 750 kW-h per månad och överskrider därför de kostnader som anges i varje steg. För de första 100 kWh är pengarvärdet: 100 kWh x 16 cent /kWh = 1600 cent = 16.00 $

- Följande 200 kWh har en kostnad för: 200 kWh x 10 cent /kWh = 2000 cent = 20.00 $.

- Ovanför dessa 300 kW-h förbrukar kunden 450 kW-H mer, för totalt 750 kW-h. Kostnaden i detta fall är: 450 kWh x 6 cent /kWh = 2700 cent = 27.00 $.

- Slutligen läggs alla de belopp som erhållits plus basräntan till för att få priset för mottagandet av den månaden:

Pris att betala = 14.00 $+ 16.00 $ +20.00 $+ 27.00 $ = $ 77.

Lösning B

Den genomsnittliga kostnaden är: 77 $ / 750 kWh = 0.103 $ /kw-h = 10.3 cent /kWh.

Referenser

1. Alexander, c. 2006. Elektriska kretsfundament. 3: e. Utgåva. McGraw Hill.
2. Berdahl, E. Introduktion till elektronik. Återhämtat sig från: ccrma.Stanford.ed.
3. Boylestad, r. 2011. Introduktion till kretsanalys. 13th. Utgåva. Pearson.
4. Elektrisk ombyggnadsförening. Ohm's Law & Watts lagkalkylator med exempel. Återställt från: ElectricalRebuilders.org
5. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Volym 5. Elektricitet. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).