Arbeit und Leistung des elektrischen Stroms

Elektrischer Strom, der durch Drähte fließt, wandelt elektrische Energie in jede andere Energie um: Wärme, Licht, mechanische, chemische usw. Weitere Details finden Sie hier: Wirkung von elektrischem Strom

Wenn an den Verbraucher elektrischer Energie eine Spannung von einem Volt angelegt wird, bedeutet dies, dass die elektrische Energiequelle, die einen Stromanhänger durch den Verbraucher überträgt, darin ein Joule elektrischer Energie verbraucht.

Elektrischer Strom wandelt diese Energie in eine andere Art von Energie um, und daher ist es üblich zu sagen, dass der durch den Verbraucher fließende elektrische Strom funktioniert... Die Menge dieser Arbeit entspricht der Menge an elektrischer Energie, die von der Quelle verbraucht wird.

Leistung ist der Wert, der die Geschwindigkeit charakterisiert, mit der Energieumwandlungoder die Geschwindigkeit, mit der die Arbeit erledigt wird.

In der EMF-Quelle kommt es unter dem Einfluss chemischer Kräfte (in Primärzellen und Batterien) oder elektromagnetischer Kräfte in elektrischen Generatoren zur Ladungstrennung.

Arbeit, die von äußeren Kräften in der Quelle verrichtet wird, wenn sich die Ladung in die Quelle hineinbewegt oder, wie man sagt, „entwickelt“ wird Elektrische Energie, wird durch die Formel gefunden:

A = QE

Wenn die Quelle an einen externen Stromkreis angeschlossen ist, werden kontinuierlich Ladungen in sie abgegeben und die externen Kräfte verrichten weiterhin Arbeit A = QE, oder vorausgesetzt, dass Q = It, A = EIt.

Aus Gesetz der Energieerhaltung Gleichzeitig wird von einer EMF-Quelle erzeugte elektrische Energie in den Abschnitten des Stromkreises „verbraucht“ (dh umgewandelt) in andere Energiearten.

Ein Teil der Energie wird im äußeren Bereich verbraucht:

A1 = UQ = UIt,

Dabei ist U die Klemmenspannung der Quelle, die bei geschlossenem Außenkreis nicht mehr der EMK entspricht.

Ein anderer Teil der Energie geht innerhalb der Quelle „verloren“ (in Wärme umgewandelt):

A2 = A — A1 = (E — U) It = UoIt

In der letzten Formel ist Uo die Differenz zwischen der EMF und der Quellenklemmenspannung, die als interner Spannungsabfall bezeichnet wird. Daher gilt:

Uo = E — U,

Wo

E = U + Uo

d.h. Die Quellen-EMK ist gleich der Summe aus der Klemmenspannung und dem internen Spannungsabfall.

Ein Beispiel. Der Wasserkocher ist an ein 220-Volt-Netz angeschlossen. Es ist notwendig, den Energieverbrauch des Wasserkochers für 12 Minuten zu ermitteln, wenn der Strom im Heizelement des Wasserkochers 2,5 A beträgt.

A =220 · 2,5 · 60 = 396000 J.

Der Wert, der die Geschwindigkeit der Energieumwandlung bzw. die Geschwindigkeit der verrichteten Arbeit charakterisiert, heißt Leistung (Notation P):

P = A / t

Die Stärke eines elektrischen Stroms ist seine Arbeit pro Zeiteinheit.

Der Wert, der die Geschwindigkeit charakterisiert, mit der mechanische oder andere Energie in einer Quelle in elektrische Energie umgewandelt wird, wird als Generatorleistung bezeichnet:

Pr = A / t = EIt / t = EI

Der Wert, der die Geschwindigkeit charakterisiert, mit der elektrische Energie in externen Abschnitten des Stromkreises in andere Energiearten, sogenannte Verbraucherleistung, umgewandelt wird:

P1 = A1 / t = UIt / t = UI

Die Leistung, die den unproduktiven Verbrauch elektrischer Energie, beispielsweise für Wärmeverluste innerhalb des Generators, charakterisiert, wird als Verlustleistung bezeichnet:

Po = (A – A1) / t = UoIt / t = UoI

Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Leistung des Generators gleich der Summe der Leistungen; Benutzer und Verluste:

Pr = P1 + Po

Arbeits- und Leistungseinheiten

Die Leistungseinheit ergibt sich aus der Formel P = A / t = j / Sek. Ein elektrischer Strom entwickelt eine Leistung von einem Watt, wenn er pro Sekunde Arbeit von einem Joule verrichtet.

Die Maßeinheit der Leistung j/s heißt Watt (Bezeichnung W), d.h. 1 W = 1 j/s.

Andererseits ist aus A = QE 1 J = 1 Kx l V, woraus 1 W = (1V x 1K) / 1s1 = 1V x 1 A = 1 VA, d. h. das Watt ist die Leistung eines elektrischen Stroms in 1 A bei einer Spannung von 1 V.

Die größeren Leistungseinheiten sind das Hektowatt 1 GW = 100 W und das Kilowatt – 1 kW = 103 W

Elektrische Energie wird normalerweise in Wattstunden (Wh) oder mehreren Einheiten berechnet: Hektowattstunden (GWh) und Kilowattstunden (kWh). 1 Kilowattstunde = 3.600.000 Joule.