"Физика", Перышкин А.В.
Мощность электрического тока показывает, как быстро ток передаёт энергию участку цепи. Она помогает сравнивать электроприборы: если они работают одинаковое время, большую работу совершит прибор с большей мощностью. Мощность находят по работе и времени, а также по напряжению и силе тока. Зная мощность и время работы прибора, можно вычислить расход электрической энергии и разобраться, почему в квитанциях используют киловатт-часы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Мощность электрического тока — физическая величина, характеризующая скорость совершения электрическим током работы; её обозначают P. Она позволяет сравнивать, насколько быстро приборы передают энергию: при одинаковом времени работы большую работу совершает прибор большей мощности. Поэтому мощность указывают на электроприборах.
Работа электрического тока — энергия, переданная током участку цепи; её обозначают A и измеряют в джоулях (Дж). Чем больше работа, тем больше энергии получил участок за время прохождения тока. Это понятие нужно, чтобы описывать расход или передачу электрической энергии.
Ватт — единица мощности в Международной системе единиц (СИ); 1 Вт равен мощности, при которой за 1 с совершается работа 1 Дж. Значит, 1 Вт = 1 Дж/с. По этой единице можно понять, какую работу прибор совершает за каждую секунду.
Киловатт-час — внесистемная единица работы электрического тока, равная работе при мощности 1 кВт за 1 ч. Это не единица мощности: в её названии умножены мощность и время. Киловатт-часы используют, например, чтобы измерять потреблённую электрическую энергию.
Представь два прибора, работающие одинаковое время, например две лампы. Если мощность одной лампы больше, за каждую секунду она передаёт больше энергии. Поэтому за всё время её работа будет больше: именно так мощность помогает сравнить скорость совершения работы, а не только её итоговое количество.
Чтобы выразить эту идею числом, работу делят на время: P = A/t. Если за 1 с совершена работа 1 Дж, мощность равна 1 Вт; при той же работе за меньшее время мощность будет больше. Формула показывает работу, приходящуюся на единицу времени, поэтому время важно учитывать вместе с работой.
Работа тока на участке цепи вычисляется по формуле A = UIt, где U — напряжение, I — сила тока, t — время. Подставим это выражение в формулу мощности: P = A/t = UIt/t. Время сокращается, и получается P = UI. Эту формулу удобно применять, когда известны напряжение и сила тока.
Если вместо напряжения или силы тока известны сопротивление R и другая электрическая величина, используют закон Ома для участка цепи. Из равенства U = IR следует P = UI = I²R: здесь нужны сила тока и сопротивление. Если выразить силу тока как I = U/R, получится P = U²/R; для этой формулы нужны напряжение и сопротивление. Данные должны относиться к одному и тому же участку цепи.
Когда мощность известна, работу за время t находят умножением: A = Pt. Для ответа в джоулях мощность берут в ваттах, а время — в секундах. Если требуется результат в киловатт-часах, мощность выражают в киловаттах, а время — в часах; при необходимости переводят результат в джоули, используя 1 кВт·ч = 3 600 000 Дж.
| Формула | Какие величины нужны | Когда удобно применять |
|---|---|---|
| P = A/t | Работа A и время t | Когда известны работа тока и время её совершения |
| P = UI | Напряжение U и сила тока I | Когда известны напряжение и сила тока |
| P = I²R | Сила тока I и сопротивление R | Когда известны сила тока и сопротивление участка цепи |
| P = U²/R | Напряжение U и сопротивление R | Когда известны напряжение и сопротивление участка цепи |
| A = Pt | Мощность P и время t | Когда нужно найти работу тока за заданное время |
Сначала выпиши, какие величины даны в условии и что требуется найти. Затем выбери формулу, в которой есть искомая величина и все необходимые данные. Перед вычислением проверь единицы: от них зависит, получится ли ответ в ваттах, джоулях или киловатт-часах.
Здесь известны работа A и время t, поэтому подойдёт формула P = A/t. Подставим данные: P = 600 Дж / 20 с. Получим P = 30 Дж/с, а один джоуль в секунду равен одному ватту.
Даны напряжение U и сила тока I, значит, применяем формулу P = UI. Величины уже выражены в единицах СИ: в вольтах и амперах. Умножаем значения и указываем мощность в ваттах.
Из напряжения и сопротивления можно найти мощность по формуле P = U²/R. Для работы используем A = Pt, но время нужно перевести в единицы, подходящие для требуемого ответа. Чтобы получить киловатт-часы, выразим мощность в киловаттах и время в часах; чтобы найти джоули, возьмём ватты и секунды.
Мощность путают с работой и считают, что это одно и то же. Ошибка возникает потому, что обе величины описывают передачу энергии, но мощность показывает скорость, а работа — количество переданной энергии. Проверь себя: в формуле P = A/t работа делится на время, а единица мощности — ватт, не джоуль.
Киловатт-час иногда принимают за единицу мощности из-за слова «киловатт» в названии. Но час — это время, а произведение мощности на время даёт работу, поэтому кВт·ч измеряет энергию. Для проверки вспомни формулу A = Pt: мощность умножается на время.
При расчётах работы в джоулях можно забыть перевести время из минут в секунды. Тогда величины окажутся в несогласованных единицах и результат будет неверным. Перед подстановкой проверь: для джоулей используй мощность в ваттах и время в секундах, а для кВт·ч — киловатты и часы.
Иногда выбирают формулу только потому, что она знакома, не проверяя, хватает ли данных. Формулы P = I²R и P = U²/R получены из закона Ома и применяются к одному участку цепи с соответствующими значениями тока, напряжения и сопротивления. Сверь обозначения с условием и убедись, что величины относятся к этому участку; если данных не хватает, выбери другую формулу или сначала найди нужную величину.
Для изучения мощности нужны понятия электрического тока, силы тока, напряжения и сопротивления, а также закон Ома для участка цепи. Они позволяют выбрать подходящую формулу и рассчитать мощность по известным электрическим величинам. С мощностью можно сравнивать электроприборы и оценивать их энергопотребление.
Связь работы, мощности и времени помогает вычислять расход электрической энергии. Киловатт-часы применяют при учёте энергии бытовыми счётчиками и при расчёте оплаты электричества. Поэтому формулы темы пригодятся и при изучении электрической энергии, и в повседневных ситуациях.
Что показывает мощность электрического тока?
Мощность показывает, какую работу электрический ток совершает за единицу времени. Чем она больше, тем быстрее ток передаёт энергию участку цепи.
Как связаны мощность, работа тока и время?
Мощность равна работе, разделённой на время: P = A/t. Если известны мощность и время, работу находят по формуле A = Pt.
Как выбрать формулу мощности, если известны разные величины?
Выбирай формулу по данным задачи: P = A/t, если известны работа и время, или P = UI, если известны напряжение и сила тока. Если даны сопротивление и сила тока, используй P = I²R; если сопротивление и напряжение — P = U²/R.
Почему киловатт-час измеряет работу, а не мощность?
Киловатт-час получается умножением мощности на время: 1 кВт·ч — это работа прибора мощностью 1 кВт за 1 ч. Поэтому эта единица показывает количество переданной энергии, а не скорость её передачи.
Как перевести киловатт-часы в джоули?
Используй равенства 1 кВт = 1000 Вт и 1 ч = 3600 с. Тогда 1 кВт·ч = 1000 Вт · 3600 с = 3 600 000 Дж.
§ 51 Мощность электрического тока
