आपल्यापैकी प्रत्येकाच्या घरी एक मीटर आहे, त्यानुसार आम्ही मासिक विजेसाठी पैसे देतो. आम्ही ठराविक किलोवॅट-तासांसाठी पैसे देतो. हे किलोवॅट तास काय आहेत? आम्ही नक्की कशासाठी पैसे देत आहोत? चला शोधूया :)

आम्ही विजेचा वापर विशिष्ट कारणांसाठी करतो. विद्युत प्रवाह काही कार्य करते आणि परिणामी आपली विद्युत उपकरणे कार्य करतात. विद्युत प्रवाहाचे काम काय आहे? हे ज्ञात आहे की सर्किटच्या एका विशिष्ट भागावर विद्युत शुल्क हलविण्यासाठी करंटने केलेले कार्य संख्यात्मकदृष्ट्या या विभागावरील व्होल्टेजच्या बरोबरीचे आहे. जर शुल्क भिन्न असेल, उदाहरणार्थ, मोठ्या दिशेने, तर, त्यानुसार, अधिक काम केले जाईल.

सर्किटच्या विभागावरील वर्तमान कार्य: सूत्र

तर, आम्ही या निष्कर्षापर्यंत पोहोचतो की विद्युतीय सर्किटच्या एका विभागातील व्होल्टेजच्या उत्पादनाच्या आणि चार्जच्या प्रमाणात विद्युत् प्रवाहाने केलेले कार्य समान आहे. चार्ज, जसे ज्ञात आहे, वर्तमान शक्ती आणि वर्तमान पास होणारा वेळ गुणाकार करून शोधले जाऊ शकते. तर, आम्हाला वर्तमान कार्य निश्चित करण्यासाठी सूत्र मिळते:

A=Uq, q=It, आम्हाला A=UIt मिळेल;

जेथे A कार्य आहे, U व्होल्टेज आहे, I विद्युतप्रवाह आहे, q चार्ज आहे, t वेळ आहे.

सध्याचे काम जूल (1 J) मध्ये मोजले जाते. 1 J = 1 V * 1 A * 1 s. म्हणजेच, विद्युत् प्रवाहाद्वारे केलेल्या कामाचे मोजमाप करण्यासाठी, आम्हाला तीन उपकरणांची आवश्यकता आहे: ammeter, voltmeter आणि घड्याळ. अपार्टमेंटमध्ये बसवलेले वीज मीटर वर नमूद केलेली सर्व उपकरणे एकामध्ये एकत्र करतात असे दिसते. ते करंटद्वारे केलेल्या कामाचे मोजमाप करतात. आमच्या अपार्टमेंटमधील करंटचे कार्य ही ऊर्जा आहे जी अपार्टमेंटच्या नेटवर्कशी कनेक्ट केलेल्या सर्व उपकरणांवर खर्च करते. यासाठी आम्ही पैसे देतो. तथापि, आम्ही जूलद्वारे नाही तर किलोवॅट-तासांनी पैसे देतो. ही युनिट्स कुठून येतात?

विद्युत चालू शक्ती

हा मुद्दा समजून घेण्यासाठी, आपल्याला आणखी एक संकल्पना विचारात घेणे आवश्यक आहे - विद्युत प्रवाहाची शक्ती. वर्तमान शक्ती म्हणजे विद्युतप्रवाहानुसार प्रति युनिट वेळेनुसार केलेले कार्य. म्हणजेच वेळेनुसार कामाची विभागणी करून सत्ता शोधता येते. आणि कार्य, जसे आपल्याला आधीच माहित आहे, वर्तमान, व्होल्टेज आणि वेळेचे उत्पादन आहे. अशा प्रकारे, वेळ कमी होईल, आणि आम्ही वर्तमान आणि व्होल्टेजचे उत्पादन प्राप्त करू. वर्तमान शक्तीसाठी, सूत्र खालीलप्रमाणे असेल:

P=A/t , A=UIt , आपल्याला P=UIt/t मिळते, म्हणजेच P=UI ;

जेथे P ही वर्तमान शक्ती आहे. शक्ती वॅट्स (1 डब्ल्यू) मध्ये मोजली जाते. अनेक प्रमाणात वापरले जातात - किलोवॅट, मेगावाट.

विद्युत प्रवाहाचे कार्य आणि शक्ती यांचा जवळचा संबंध आहे. खरं तर, कार्य ही प्रत्येक क्षणी वर्तमान शक्ती आहे, विशिष्ट कालावधीत घेतलेली आहे. म्हणूनच अपार्टमेंटमधील मीटर वर्तमान कार्य जूलमध्ये नव्हे तर किलोवॅट-तासांमध्ये मोजतात. फक्त 1 वॅट पॉवर ही फारच कमी पॉवर आहे, आणि जर आम्ही वॅट-प्रति-सेकंदसाठी पैसे दिले, तर आम्ही अशा दहापट आणि लाखो युनिट्ससाठी पैसे देऊ. गणना सुलभ करण्यासाठी, युनिट “किलोवॅट-तास” स्वीकारले गेले.

इलेक्ट्रिक करंटच्या वापराचा अभ्यास करताना, आपण एखाद्या विशिष्ट क्रियेवर खर्च केलेल्या विजेच्या रकमेची गणना करण्यास सक्षम असणे आवश्यक आहे - इलेक्ट्रिक केटलमध्ये पाणी गरम करणे, लिफ्ट वाढवणे इ. त्यामुळेच करंटच्या कामाची सोयीस्करपणे गणना करण्यासाठी एक सूत्र काढू.

समानतेच्या डाव्या बाजूंना भिन्न चिन्हे आहेत, परंतु ते समान भौतिक प्रमाण - शक्ती दर्शवितात. म्हणून, सूत्रांच्या उजव्या बाजूचे समीकरण केले जाऊ शकते: I U = A/t . चला कार्य व्यक्त करूया:

हे सूत्र गणना करते वर्तमान काम किंवा, समान काय आहे, वीज वापरली. या संज्ञा समानार्थी शब्द आहेत हे स्पष्ट करूया.
जेव्हा सर्किटमध्ये विद्युत उर्जेचा स्रोत दिसून येतो, तेव्हा त्याचे विद्युत क्षेत्र कंडक्टरच्या आत चार्ज केलेले कण (इलेक्ट्रॉन आणि/किंवा आयन) गतीमध्ये सेट करते आणि त्यांची ऊर्जा वाढते. शरीराच्या सर्व कणांच्या ऊर्जेची बेरीज म्हणजे शरीराची अंतर्गत ऊर्जा (पहा § 7-d), म्हणजे कंडक्टरमध्ये विद्युतप्रवाह दिसण्याच्या क्षणी अंतर्गत ऊर्जा वाढते. थर्मोडायनामिक्सच्या पहिल्या नियमानुसार (§ 6-h पहा), उष्णता हस्तांतरण किंवा यांत्रिक कार्य करण्यासाठी अंतर्गत ऊर्जा खर्च केली जाऊ शकते. परंतु, जसे ते सेवन केले जाते, वर्तमान स्त्रोताच्या उर्जेमुळे ते सतत भरले जाते.
कंडक्टरमधून विद्युतप्रवाह पार करणे - विद्युत प्रवाहाचे कार्य - नेहमी सोबत असते वर्तमान परिणाम(§ 8-h पहा). या प्रकरणात, वीज अपरिहार्यपणे इतर प्रकारच्या उर्जेमध्ये रूपांतरित केली जाते: थर्मल (उदाहरणार्थ, एक लोखंडी, एक केटल), यांत्रिक (उदाहरणार्थ, व्हॅक्यूम क्लिनर, एक पंखा) आणि असेच. त्यामुळेच "वर्तमान कार्य करते" या अभिव्यक्तीद्वारे आपला अर्थ विजेचे इतर प्रकारच्या उर्जेमध्ये रूपांतर होईल.या प्रकरणात, वर्तमान आणि उपभोगलेल्या विद्युत उर्जेचे कार्य समानार्थी अभिव्यक्ती आहेत.
वापरलेल्या विजेचे मोजमाप करण्यासाठी, विशेष मापन यंत्रे वापरली जातात - वीज मीटर .
वापरलेल्या विजेचा हिशेब ठेवण्यासाठी, ज्युल ऐवजी कामाचे मोठे युनिट वापरले जाते - किलोवॅट-तास(प्रतीक: 1 kWh). उदाहरणार्थ, आकृतीतील मीटर 254.7 kWh चे मूल्य दर्शविते. याचा अर्थ असा होऊ शकतो, उदाहरणार्थ, संपूर्ण मीटरिंग कालावधीत 254.7 kW ची शक्ती असलेल्या ग्राहकाने 1 तास काम केले किंवा 2547 W ची शक्ती असलेल्या ग्राहकाने 100 तास काम केले (आणि असेच, प्रमाण राखून).

चला हे कनेक्शन शोधूया कामाची एककेते मोजण्यासाठी अधिक परिचित युनिटसह - जूल.
1 kW h = 1000 W 60 min =
= 1000 J/s 3600 s = 3,600,000 (J/s) s =
= 3,600,000 J = 3.6 MJ
तर, 1 kWh = 3.6 MJ.
सूत्र A = I U t "इलेक्ट्रिक व्होल्टेज" च्या प्रमाणाचा भौतिक अर्थ काय आहे हे शोधण्यात आम्हाला मदत करेल. चला सूत्रातून व्यक्त करूया.

यावरून आपण पाहू शकतो की 1 व्होल्ट हे व्होल्टेज आहे ज्यावर 1 अँपिअरचा विद्युतप्रवाह 1 सेकंदात 1 जूल कार्य तयार करण्यास सक्षम आहे. दुसऱ्या शब्दांत, विद्युत व्होल्टेज सर्किटमध्ये 1 अँपिअरचा विद्युतप्रवाह राखण्यासाठी विद्युत क्षेत्र बल प्रत्येक सेकंदाला करत असलेले कार्य दाखवते.
शिवाय, सूत्र पासून I = q/t(§ 9-b पहा) ते त्याचे अनुसरण करते q = मी टी.मग:

या सूत्राच्या आधारे, 1 व्होल्ट हे एक व्होल्टेज म्हणून देखील मानले जाऊ शकते ज्यावर कंडक्टरच्या बाजूने 1 C चा चार्ज हलवताना इलेक्ट्रिक फील्ड फोर्सद्वारे केलेले कार्य 1 J च्या बरोबरीचे असेल.
"ओळीच्या खाली" सर्व तर्कांवर आधारित आम्ही असे म्हणू इलेक्ट्रिक व्होल्टेज हे विद्युत क्षेत्राच्या वैशिष्ट्यांपैकी एक आहे जे कंडक्टरच्या बाजूने चार्ज हलवते.

विद्युत प्रवाहाद्वारे केलेल्या कामाची गणना कशी करावी? आम्हाला आधीच माहित आहे की सर्किटच्या एका विभागाच्या टोकावरील व्होल्टेज हे या विभागातून 1 C चे विद्युत शुल्क जाते तेव्हा केलेल्या कामाच्या संख्यात्मकदृष्ट्या समान असते. जेव्हा त्याच क्षेत्रातून जाणारा विद्युत चार्ज 1 C नाही, परंतु, उदाहरणार्थ, 5 C असेल तेव्हा केलेले कार्य 5 पट जास्त असेल. अशाप्रकारे, सर्किटच्या कोणत्याही विभागावर विद्युत प्रवाहाचे कार्य निश्चित करण्यासाठी, सर्किटच्या या विभागाच्या शेवटी असलेल्या व्होल्टेजला त्यातून जाणाऱ्या इलेक्ट्रिक चार्जने (विजेचे प्रमाण) गुणाकार करणे आवश्यक आहे:

जेथे A कार्य आहे, U व्होल्टेज आहे, q हे विद्युत शुल्क आहे. सर्किटच्या एका भागातून जाणारा विद्युत चार्ज विद्युत् प्रवाहाची ताकद आणि तो किती वेळ जातो हे मोजून निर्धारित केले जाऊ शकते:

या संबंधाचा वापर करून, आम्ही विद्युत प्रवाहाच्या कार्यासाठी एक सूत्र प्राप्त करतो, जे गणनामध्ये वापरण्यास सोयीचे आहे:

सर्किटच्या एका विभागावरील विद्युत प्रवाहाचे काम हे या विभागाच्या शेवटी असलेल्या व्होल्टेजच्या गुणाकाराच्या वर्तमान ताकदीनुसार आणि काम ज्या कालावधीत केले गेले त्या वेळेनुसार असते.

कार्य जूलमध्ये मोजले जाते, व्होल्टेज व्होल्टमध्ये, विद्युत प्रवाह अँपिअरमध्ये आणि वेळ सेकंदांमध्ये मोजले जाते, म्हणून आपण लिहू शकतो:

1 जूल = 1 व्होल्ट x 1 अँपिअर x 1 सेकंद,

1 J = 1 VA s.

असे दिसून आले की विद्युत प्रवाहाचे कार्य मोजण्यासाठी, तीन उपकरणे आवश्यक आहेत: एक व्होल्टमीटर, एक अँमीटर आणि एक घड्याळ. सराव मध्ये, विद्युत प्रवाहाचे कार्य विशेष साधनांनी मोजले जाते - काउंटर. मीटरचे डिझाइन वर नमूद केलेल्या तीन उपकरणांना एकत्र केले आहे असे दिसते. वीज मीटर आता जवळजवळ प्रत्येक अपार्टमेंटमध्ये दिसू शकतात.

उदाहरण. इलेक्ट्रिक मोटर सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह 5 A असल्यास आणि त्याच्या टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज 220 V असल्यास इलेक्ट्रिक मोटर 1 तासात किती काम करते? इंजिन कार्यक्षमता 80%.

चला समस्येच्या अटी लिहू आणि ते सोडवू.

प्रश्न

1. सर्किट विभागातील विद्युत व्होल्टेज काय आहे?
2. सर्किटच्या एका विभागातून जाणारे व्होल्टेज आणि इलेक्ट्रिक चार्जद्वारे या विभागात विद्युत प्रवाहाचे कार्य कसे व्यक्त करावे?
3. विद्युत् प्रवाहाचे कार्य व्होल्टेज, विद्युत् प्रवाह आणि वेळ यांच्या संदर्भात कसे व्यक्त करावे?
4. विद्युत प्रवाहाचे कार्य कोणती उपकरणे मोजतात?

व्यायाम 34

1. सर्किटमधील विद्युतप्रवाह 0.5 A असेल आणि मोटर टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज 12 V असेल तर इलेक्ट्रिक मोटरमधील विद्युत प्रवाह 30 मिनिटांत किती काम करेल?
2. फ्लॅशलाइटमधून लाइट बल्बच्या सर्पिलवरील व्होल्टेज 3.5 V आहे, सर्पिलचा प्रतिकार 14 ओहम आहे. लाइट बल्बमध्ये 5 मिनिटांत करंट किती काम करतो?
3. दोन कंडक्टर, प्रत्येक 5 ohms च्या प्रतिकारासह, प्रथम मालिकेत आणि नंतर समांतर जोडलेले आहेत, आणि दोन्ही प्रकरणांमध्ये ते 4.5 V च्या व्होल्टेजशी जोडलेले आहेत. अशा स्थितीत विद्युतप्रवाहाने केलेले काम त्याचसाठी जास्त असेल वेळ आणि किती वेळा?

प्रत्येक बंद सर्किटमध्ये, उर्जेचे दुहेरी परिवर्तन अपरिहार्यपणे घडते. वर्तमान स्त्रोतामध्ये, काही ऊर्जा (उदाहरणार्थ, जनरेटरमध्ये - यांत्रिक) विद्युत उर्जेमध्ये बदलली जाते आणि वर्तमान सर्किटमध्ये ती पुन्हा वेगळ्या प्रकारच्या उर्जेच्या समतुल्य प्रमाणात बदलली जाते. करंट सर्किटमध्ये विजेचे इतर कोणत्याही प्रकारच्या ऊर्जेमध्ये रूपांतर करण्याचे मोजमाप म्हणजे विद्युत् प्रवाहाद्वारे केलेल्या कामाचे प्रमाण.

परंतु आपण समजतो की कार्य आणि विद्युत् प्रवाह हे विद्युत क्षेत्राच्या शक्तींचे कार्य आहे; त्यामुळे गणना करणे सोपे आहे.

इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये इलेक्ट्रिक चार्ज हस्तांतरित करण्याच्या कामाचा अंदाज हस्तांतरित केलेल्या चार्जच्या परिमाणाला हस्तांतरणाच्या सुरूवातीस आणि शेवटी असलेल्या बिंदूंमधील संभाव्य फरकाच्या परिमाणाने गुणाकार केला जातो, म्हणजे. व्होल्टेज मूल्यानुसार:

साहजिकच, हे संबंध कार्य आणि वर्तमान यासारख्या संकल्पनांचे मूल्यांकन करण्यासाठी देखील लागू केले जाऊ शकतात. q = It पासून, सर्किटमध्ये वाहणारा विद्युत् प्रवाह आणि तो किती वेळ वाहतो यावरून आपण सर्किटमध्ये वाहणाऱ्या शुल्काचे प्रमाण ठरवू शकतो.

या संबंधाचा वापर करून, U व्होल्टेज असलेल्या सर्किटच्या वेगळ्या विभागावर करंटने केलेल्या कामाचे प्रमाण व्यक्त करणारे सूत्र प्राप्त होते:

कार्य आणि शक्ती खालीलप्रमाणे मोजली जाते: जर तुम्ही अँपिअरमध्ये विद्युत् प्रवाह, सेकंदात ऑपरेटिंग वेळ आणि व्होल्टेज व्होल्टमध्ये मोजले तर जूल (जे) मध्ये कार्य करा.

तर 1 ज्युल = 1 अँपिअर x 1 व्होल्ट x 1 सेकंद.

शक्ती वॅट्स (डब्ल्यू) मध्ये मोजली जाते:

1 वॅट = 1 ज्युल/1 सेकंद, किंवा 1 वॅट = 1 व्होल्ट x 1 अँपिअर.

या क्षेत्रातील विद्युत् उर्जा कोणत्या प्रकारच्या उर्जेमध्ये बदलेल या प्रश्नाशी या क्षेत्रातील विद्युत् प्रवाहाद्वारे केलेल्या कामाच्या प्रमाणाची गणना करण्याचा प्रश्न पूर्णपणे असंबंधित आहे. हे काम इतर स्वरूपात रूपांतरित विजेचे मोजमाप आहे.

विद्युत प्रवाह, काम करत असताना, विद्युत दिव्याचा फिलामेंट गरम करू शकतो, धातू वितळवू शकतो, इलेक्ट्रिक मोटरचे आर्मेचर फिरवू शकतो, रासायनिक परिवर्तन घडवू शकतो इ. सर्व प्रकरणांमध्ये, विद्युतीय प्रवाहाचे कार्य आणि शक्ती इतर स्वरूपात विजेच्या रूपांतरणाची पातळी निर्धारित करते - यांत्रिक ऊर्जा, थर्मल मोशन ऊर्जा इ.

पॉवर P = A/t हे जाणून घेतल्यास, आम्ही एक सूत्र मिळवू शकतो ज्याचा उपयोग सर्किटच्या वेगळ्या विभागात वर्तमान शक्तीची गणना करण्यासाठी केला जाऊ शकतो:

या सूत्रांचा वापर करून कार्य आणि शक्तीची गणना केली जाऊ शकते, तसेच ॲमीटर आणि व्होल्टमीटर वापरून. सराव मध्ये, इलेक्ट्रिक फील्डचे काम एका विशेष उपकरणाने मोजले जाते - एक काउंटर. मीटरमधून जाताना, त्याच्या आतील प्रकाश फिरू लागतो आणि त्याच्या रोटेशनचा वेग थेट प्रवाह आणि व्होल्टेजच्या प्रमाणात असेल. ठराविक वेळेत केलेल्या क्रांत्यांची संख्या या काळात केलेल्या कामाबद्दल निष्कर्ष काढण्यास मदत करेल. प्रत्येक अपार्टमेंटमध्ये वीज मीटर दिसू शकतात.

वर्तमान शक्ती एक विशेष उपकरण वापरून मोजली जाते - एक वॅटमीटर. या उपकरणाची रचना व्होल्टमीटर आणि अँमीटरची तत्त्वे एकत्र करते.

अनेक विद्युत उपकरणे आणि तांत्रिक उपकरणे त्यांची शक्ती दर्शवतात. उदाहरणार्थ, इनॅन्डेन्सेंट लाइट बल्बची शक्ती 25 डब्ल्यू, 75 डब्ल्यू, इत्यादी असू शकते किंवा लोह सुमारे 1000 डब्ल्यू असू शकते - इलेक्ट्रिक मोटर्सची शक्ती खूप उच्च मूल्यांपर्यंत पोहोचू शकते - अनेक हजार किलोवॅट्सपर्यंत; हे एका विशिष्ट उपकरणातून जाणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या शक्तीचा संदर्भ देते.

एसी काम आणि शक्ती वेगळ्या पद्धतीने मोजली जाते. तर, ठराविक कालावधीत पर्यायी करंट करून केलेल्या कामाची गणना करण्यासाठी, तुम्ही सूत्र वापरू शकता:

P = 1/2I₀U₀ cos φ. बहुतेकदा हे सूत्र खालील फॉर्ममध्ये लिहिलेले असते: P = IU cos φ, जेथे I आणि U ही व्होल्टेज आणि वर्तमान मूल्ये आहेत, जी संबंधित मोठेपणाच्या मूल्यांपेक्षा 2 पट कमी आहेत.

AC पॉवर मोजण्याचे सूत्र DC प्रमाणेच असेल.

ऊर्जा आणि कार्याची एकके:

1 वॅट-सेकंद = 1 J 1 वॅट-तास = 3600 J;

1 हेक्टोवॅट-तास = 360,000 जे;

1 किलोवॅट तास = 3600000J.

पॉवर युनिट्स:

1 अँपिअर-व्होल्ट = 1 डब्ल्यू;

1 हेक्टोवॅट = 100 डब्ल्यू;

1 किलोवॅट = 1000 वॅट्स.