งานและกำลังของกระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าที่ผ่านสายไฟทำงานโดยเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานอื่นใด: ความร้อน แสง กลไก เคมี ฯลฯ สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมดูที่นี่: การกระทำของกระแสไฟฟ้า

หากใช้แรงดันไฟฟ้าหนึ่งโวลต์กับผู้บริโภคพลังงานไฟฟ้า หมายความว่าแหล่งพลังงานไฟฟ้าซึ่งถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าหนึ่งจี้ผ่านผู้บริโภคจะใช้พลังงานไฟฟ้าหนึ่งจูลในนั้น

กระแสไฟฟ้าจะแปลงพลังงานนี้เป็นพลังงานประเภทอื่น ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่จะกล่าวว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านผู้บริโภคนั้นทำงาน... ปริมาณของงานนี้เท่ากับปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่แหล่งที่มาใช้

กำลังคือค่าที่แสดงลักษณะความเร็วที่ การแปลงพลังงานหรืออัตราการทำงาน

ในแหล่งที่มาของ EMF ภายใต้อิทธิพลของแรงเคมี (ในเซลล์ปฐมภูมิและแบตเตอรี่) หรือแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การแยกประจุจะเกิดขึ้น

งานที่ทำโดยแรงภายนอกในแหล่งกำเนิดเมื่อประจุเคลื่อนเข้าหรือตามที่กล่าวกันว่า "พัฒนา" ในแหล่งกำเนิด พลังงานไฟฟ้าพบได้จากสูตร:

A = คิวอี

หากแหล่งจ่ายถูกปิดเข้ากับวงจรภายนอก ประจุจะถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องและแรงภายนอกยังคงทำงาน A = QE หรือกำหนดว่า Q = It, A = EIt

จาก กฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานไฟฟ้าที่สร้างโดยแหล่ง EMF ในเวลาเดียวกันจะถูก "ใช้" (เช่น แปลง) เป็นพลังงานประเภทอื่นในส่วนของวงจรไฟฟ้า

พลังงานส่วนหนึ่งถูกใช้ในส่วนภายนอก:

A1 = UQ = UIt,

โดยที่ U คือแรงดันเทอร์มินอลต้นทาง ซึ่งเมื่อวงจรภายนอกปิดอยู่จะไม่เท่ากับ EMF อีกต่อไป

พลังงานอีกส่วนหนึ่งจะ "สูญเสีย" (เปลี่ยนเป็นความร้อน) ภายในแหล่งกำเนิด:

A2 = A — A1 = (E — U) It = UoIt

ในสูตรสุดท้าย Uo — นี่คือความแตกต่างระหว่าง EMF และแรงดันเทอร์มินอลต้นทาง ซึ่งเรียกว่าแรงดันตกภายใน… ดังนั้น

Uo = E — คุณ,

ที่ไหน

E = ยู + ยู

เช่น. แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้นทางเท่ากับผลรวมของแรงดันขั้วและแรงดันตกภายใน

ตัวอย่าง. กาต้มน้ำไฟฟ้าเชื่อมต่อกับเครือข่าย 220 โวลต์ จำเป็นต้องกำหนดพลังงานที่ใช้ในกาต้มน้ำเป็นเวลา 12 นาทีหากกระแสในองค์ประกอบความร้อนของกาต้มน้ำคือ 2.5 A

A =220 · 2.5 · 60 = 396000 เจ

ค่าที่แสดงลักษณะของอัตราที่พลังงานถูกแปลงหรืออัตราที่งานเสร็จสิ้นเรียกว่ากำลัง (สัญกรณ์ P):

P = A / t

ความแรงของกระแสไฟฟ้าคือการทำงานต่อหน่วยเวลา

ค่าที่แสดงลักษณะอัตราที่พลังงานกลหรือพลังงานอื่นถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าในแหล่งหนึ่งเรียกว่า พลังงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้า:

Pr = A / t = EIt / t = EI

ค่าที่แสดงลักษณะอัตราการเปลี่ยนแปลงของพลังงานไฟฟ้าในส่วนภายนอกของวงจรเป็นพลังงานประเภทอื่น เรียกว่า พลังงานของผู้บริโภค:

P1 = A1 / t = UIt / t = UI

พลังงานที่ระบุลักษณะการใช้พลังงานไฟฟ้าที่ไม่ก่อให้เกิดประโยชน์ เช่น การสูญเสียความร้อนภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เรียกว่า การสูญเสียพลังงาน:

Po = (A — A1) / t = UoIt / t = UoI

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน กำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเท่ากับผลรวมของกำลัง ผู้ใช้และการสูญเสีย:

Pr = P1 + Po

หน่วยของงานและกำลัง

หน่วยพลังงานพบได้จากสูตร P = A / t = j / วินาที กระแสไฟฟ้าพัฒนาพลังงานในหนึ่งวัตต์หากทำงานเท่ากับหนึ่งจูลทุก ๆ วินาที

หน่วยการวัดพลังงาน j / s เรียกว่าวัตต์ (การกำหนด W) เช่น 1 W = 1 j / s

ในทางกลับกัน จาก A = QE 1 J = 1 Kx l V ดังนั้น 1 W = (1V x 1K) / 1s1 = 1V x 1 A = 1 VA นั่นคือ วัตต์คือกำลังของกระแสไฟฟ้าใน 1 A ที่แรงดัน 1 V .

หน่วยพลังงานที่ใหญ่กว่าคือเฮกโตวัตต์ 1 GW = 100 W และกิโลวัตต์ — 1 kW = 103 W

พลังงานไฟฟ้ามักคำนวณเป็น: วัตต์-ชั่วโมง (Wh) หรือหลายหน่วย: เฮกโตวัตต์-ชั่วโมง (GWh) และกิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) 1 กิโลวัตต์-ชั่วโมง = 3,600,000 จูล