В электрической цепи можно выделить два участка: внутренний - в источнике тока и внешний - тот, на котором включены разные приборы - потребители энергии. На внутреннем участке электрической цепи происходит преобразование неэлектрической энергии (например, механической) в энергию электрического поля. А на внешнем участке цепи энергия электрического поля за счет работы электрического тока превращается в другие виды энергии. Например, в электродвигателях энергия электрического поля превращается в механическую; в электрической лампе - во внутреннюю и энергию излучения; в электрическом утюге - во внутреннюю, причем эта энергия путем теплообмена отдается окружающим телам; при электролизе и при зарядке аккумулятора - в энергию химических реакций.
Работа электрического тока показывает, сколько электрической энергии, т. е. энергии электрического поля, превратилось в другие виды энергии, или, что одно и то же, сколько было получено и израсходовано электрической энергии.
Чтобы подсчитать работу электрического тока, вспомним определение понятия напряжения: U=A/q.
Следовательно, работа электрического тока равна:
A =qU.
Электрический заряд можно выразить через силу тока и его время протекания. Подставив в формулу для вычисления работы q = It, получим
Итак, работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока по цепи.
Работа электрического тока выражается в джоулях (Дж).
1 джоуль = 1 вольт·1 ампер·1 секунда, или 1Дж=1В·1А·1с.
Для учета совершенной электрическим током работы, а следовательно, для учета израсходованной (преобразованной) электрической энергии созданы специальные приборы-счетчики электрической энергии. Устанавливают такие счётчики и в квартирах.
Из курса физики VII класса вы знаете, что мощность равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена. Мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике - буквой Р. Следовательно, мощность равна:P=A/t.
Пользуясь этой формулой, найдем мощность электрического тока. Так как работа тока определяется формулой А = I·U·t, то мощность электрического тока равна:
P=IU.
За единицу мощности ватт (Вт) принята мощность тока силой 1 А на участке с напряжением 1 В. Следовательно, 1Вт = 1А·1В.
Ватт сравнительно небольшая мощность, на практике используют более крупные единицы, кратные ватту: 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт, 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт, 1 МВт (мегаватт) = 1000000 Вт.
Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, умножают напряжение на силу тока, найденные по показаниям приборов.
Существуют специальные приборы - ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи.
В таблице приведены мощности некоторых источников и потребителей электрического тока.
Мощность различных электрических устройств | кВт |
Лампа карманного фонаря | 0,001 |
Холодильник домашний | 0,110-0,16 |
Лампы осветительные (бытовые) | 0,015-0,2 |
Электрический утюг | 0,3 - 1 |
Стиральная машина | 0,35-0,6 |
Электрическая плитка | 0,6; 0,8; 1; 1,25 |
Электропылесос | до 0,6 |
Лампы в звездах башен Кремля | 5 |
Двигатель электровоза ВЛ10 | 650 |
Электровоз ВЛ10 | 5200 |
Электродвигатель прокатного стана | 6000-9000 |
Гидрогенератор Братской ГЭС | 250 000 |
Турбогенератор | 50 000 - 1 200 000 |
В паспортах приемников тока - лампах, плитках, электродвигателях - обычно указывают мощность тока в них. По мощности легко определить работу тока за заданный промежуток времени, пользуясь формулой
A=Pt.
Выражая мощность в ваттах, а время в секундах, получим работу в джоулях:
1 Вт = 1 Дж/с, откуда 1 Дж = 1 Вт·с.
Однако эту единицу работы неудобно использовать в практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит работу в течение длительного времени, например в бытовых приборах - в течение нескольких часов, в электропоездах - по несколько часов и даже суток, а расчет израсходованной энергии по электросчетчику производится чаще всего за месяц. Поэтому при вычислении работы тока или затрачиваемой и вырабатываемой электрической энергии во всех этих случаях приходится переводить эти отрезки времени в секунды, что усложняет расчеты.
Поэтому в практике, вычисляя работу тока, гораздо удобнее время выражать в часах, а работу тока не в джоулях, а в других единицах: ватт-час (Вт·ч), гектоватт-час (гВт·ч), киловатт-час (кВт·ч).
1 Вт·1ч = 3600 Дж;
1 гВт·1ч =360000 Дж;
1 кВт·1ч =3600000 Дж.