Հոսանքի աշխատանքը և հզորությունըԷլեկտրական հոսանքն օժտված է էներգիայով, որի հաշվին նա կարող է աշխատանք կատարել: Հոսանքի կատարած աշխատանքի շնորհիվ էլեկտրական էներգիան փոխակերպվում է էներգիայի այլ տեսակների: Օրինակ՝ ջեռուցիչ սարքերում էլեկտրաէներգիան փոխակերպվում է ջերմային էներգիայի, էլեկտրաշարժիչում՝ մեխանիկական էներգիայի, էլեկտրոլիզի ժամանակ՝ քիմիական էներգիայի և այլն:
Ենթադրենք սպառիչ (լամպ, ջերմատաքացուիչ, էլեկտրաշարժիչ) պարունակող շղթայի տեղամասում լարումը U է, հոսանքի ուժը I և tժամանակամիջոցում նրանով անցել է q լիցք: Լարման սահմանումից հետևում է, որ A=q⋅U, իսկ քանի որ հաստատուն հոսանքի դեպքում q=I⋅t , ապա՝ A=U⋅I⋅t (1): Այսինքն.Հաստատուն հոսանքի աշխատանքը շղթայի տղամասում հավասար է հոսանքի ուժի, լարման և այն ժամանակամիջոցի արտադրյալին, որի ընթացքւմ կատարվել է այդ աշխատանքը:Աշխատանքի այս (1) բանաձևը թույլ է տալիս որոշել հոսանքի կատարած աշխատանքը, անկախ այն բանից, թե այդ հոսանքի էներգիան էներգիայի ի՞նչ տեսակների է փոխակերպվել՝ ջերմային, մեխանիկական, թե քիմիական: Միավորների ՄՀ-ում հոսանքի աշխատանքը արտահայտում են ջոուլով (Ջ)Էլեկտրական շղթայում հոսանքի՝ աշխատանք կատարելու արագությունը բնութագրող մեծությունը անվանում են հոսանքի հզորություն և նշանակում ՝ P տառով:Եթե t ժամանակում հոսանքը կատարում է A աշխատանք, ապա P=A/t (2): Հաշվի առնելով աշխատանքի (1) բանաձևը կստանանք P=U⋅I (3)Հաստատուն հոսանքի հզորությունը շղթայի տվյալ տեղամասում հավասար է հոսանքի ուժի և տեղամասի ծայրերին կիրառված լարման արտադրյալին: Օգտվելով Օհմի օրենքից (3) բանաձևը կարելի է ներկայացնել հետևյալ տեսքով P=U2 /R և P=I2⋅R Միավորների ՄՀ-ում հզորությունն արտահայտվում է վատտով (Վտ). 1Վտ=1Ջ/վՀզորությունը հավասար է 1Վտ — ի, եթե 1վ — ում կատարվում է 1Ջ աշխատանք: Կիրառվում են նաև 1կՎտ (կիլովատ), 1ՄՎտ (մեգավատ), 1մՎտ (միլիվատ) միավորները:1մՎտ=0.001Վտ1ՄՎտ=1000000Վտ1կՎտ=1000Վտ Հզորությունը չափող սարքը կոչվում է Վատտմետր: Կենցաղում հոսանքի աշխատանքը չափում են Էլեկտրական հաշվիչ կոչվող հատուկ սարքով: Այս դեպքում գործածվում է հոսանքի աշխատանքի արտահամակարգային միավորը՝ 1ԿՎտ·ժ1ԿՎտ.Ժ=1000Վտ⋅3600վ=3600000Ջ
Փորձը ցույց է տալիս, որ հաղորդիչները տաքանում են, երբ նրանցով էլեկտրական հոսանք է անցնում: Հոսանքի ջերմային ազդեցությունը ուսումնասիրեցին անգլիացի ֆիզիկոս Ջ. Ջոուլը, իսկ ևս մեկ տարի անց՝ ռուս գիտնական Է. Լենցը: Նրանք միմյանցից անկախ սահմանեցին օրենք՝ Ջոուլ-Լենցի օրենքը, որը բացահայտում է, թե ի՞նչ մեծություններից և ինչպե՞ս է կախված հաղորդչում անջատված ջերմաքանակը:
Ջոուլ-Լենցի օրենքը հայտնագործվել է փորձնական ճանապարհով, սակայն դրան կարելի է նաև տեսական հիմնավորում տալ: Եթե շղթայի տեղամասում մեխանիկական աշխատանք չի կատարվում, նրանում քիմիական ռեակցիա տեղի չի ունենում, ապա հոսանքի ամբողջ աշխատանքը ուղղված է հաղորդչի ներքին էներգիայի մեծացմանը: Ընդ որում, հաղորդչի շրջապատի տրված Q ջերմաքանակը, համաձայն էներգիայի պահպանման օրենքի հավասար է հաղորդչի ներքին էներգիայի փոփոխությանը, այսինքն՝ հոսանքի աշխատանքին՝ A=Q Քանի որ էլեկտրական հոսանքի կատարած աշխատանքը հավասար է A=U⋅I⋅T հետևաբար և Q=U⋅I⋅T Օգտվելով Օհմի օրենքից, բանաձևը կարելի է ներկայացնել նաև այլ տեսքով՝ Q=U2 ⋅t /R կամ Q=I2⋅R⋅t Այս վերջին բանաձևն էլ արտահայտում է Ջոուլ-Լենցի օրենքը: Հոսանքակիր հաղորդչում անջատված ջերմաքանակը հավասար է հոսանքի ուժի քառակուսու, հաղորդչի դիմադրության և նրանով հոսանքի անցման ժամանակի արտադրյալին:
Թեմատիկ հարցեր և խնդիրներ՝
1. Բնակարանի տաքացման համար օգտագործվող 140 Օմ դիմադրություն ունեցող էլեկտրական ջերմատաքացուցիչը նախատեսված է 3.5 Ա հոսանքի ուժի համար: Որքա՞ն էներգիա կծախսի այդ ջերմատաքացուցիչը 8 ժամ անընդհատ աշխատելու դեպքում:
Էներգիայի սպառումը հաշվարկելու համար կարող եք օգտագործել բանաձևը.
Էներգիա (վատ-ժամ) = Հզորություն (վտ) × Ժամանակ (ժամ)
Նախ, եկեք գտնենք ջեռուցիչի հզորությունը: Այն հաշվարկվում է բանաձևով.
Հզորություն = Ընթացիկ քառակուսի × Դիմադրություն
Ընթացիկ (I) = 3,5 Ա
Դիմադրություն (R) = 140 Օմ
Հզորությունը = (3,5 Ա)² × 140 ohms
Հզորությունը = 12,25 Վտ × 140 օհմ
Հզորությունը = 1715 Վտ (վտ)
Այժմ մենք կարող ենք գտնել սպառված էներգիայի քանակը.
Էներգիա = Հզորություն × Ժամանակ
Էներգիա = 1715 Վտ × 8 ժ
Էներգիա = 13,720 վտ/ժամ կամ 13,72 կվտ/ժամ
Այսպիսով, 8 ժամվա ընթացքում ջեռուցիչը կծախսի 13,72 կվտ/ժ էներգիա։
2. Ավտոտնակում էլեկտրական լամպը մոռացել էին անջատել: Որքա՞ն աշխատանք էր իզուր կատարվել 24 ժամում, եթե լամպը միացված էր 110 Վ լարման ցանցին և նրանով անցնող հոսանքի ուժը 0.8 Ա էր:
Լամպի ծախսած աշխատանքը հաշվարկելու համար կարող եք օգտագործել բանաձևը.
Աշխատանք (վտ/ժամ) = լարում (վոլտ) × հոսանք (ամպեր) × ժամանակ (ժամ)
Լարման (V) = 110 Վ
Ընթացիկ (I) = 0,8 Ա
Ժամանակ (t) = 24 ժամ
Գործողություն = 110 V × 0.8 A × 24 ժ
Աշխատանք = 2112 վտ/ժամ կամ 2,112 կվտ/ժ
Այսպիսով, 24 ժամ աշխատելու ընթացքում լամպը կսպառի 2,112 կվտ/ժ էներգիա։
3. 50 Օմ դիմադրություն ունեցող էլեկտրական վարսահարդարիչը միացրեցին 127 Վ լարման ցանցին: Որքա՞ն աշխատանք կկատարի նրանում հոսանքը 15 րոպեի ընթացքում:
Վարսահարդարիչով հոսանքի կատարած աշխատանքը հաշվարկելու համար մենք օգտագործում ենք բանաձևը.
Էլեկտրական լարում
×
Ժամանակի քառակուսի
×
Դիմադրություն
Աշխատանք=Էլեկտրական լարում×Ժամանակի քառակուսի×Դիմադրություն
Որտեղ
Էլեկտրական լարում = 127 Վ
Վարսահարդարիչի դիմադրություն = 50 Օմ
Ժամանակը = 15 րոպե = 15 * 60 վայրկյան
Նախ, եկեք ժամանակը փոխարկենք վայրկյանների.
15
րոպե
×
60
900 թ
վայրկյան
15 րոպե×60 վայրկյան=900 վայրկյան
Այժմ մենք կարող ենք հաշվարկել աշխատանքը.
127
IN
×
(
900 թ
վրկ
)
2
×
50
Օմ
Աշխատանք = 127 V× (900 վրկ)
2
× 50 օմ
127
×
810000
×
50
Աշխատանք=127×810000×50
6
,
435 թ
,
000
ջոուլներ
Աշխատանք=6,435,000 ջոուլ
Վարսահարդարիչով անցնող հոսանքը չի ազդում աշխատանքի վրա, ուստի այն պետք չէ հաշվարկել այս կոնկրետ հաշվարկի համար:
4. 6 Վ լարման և 2 Ա հոսանքի ուժի դեպքում համակարգչի մարտկոցի լիցքավորումը տևեց 1.5 ժամ: Որոշե՛ք հոսանքի կատարած աշխատանքը այդ ընթացքում:
Մարտկոցը լիցքավորելիս հոսանքի կատարած աշխատանքը որոշելու համար մենք օգտագործում ենք բանաձևը.
Աշխատանք
Էլեկտրական լարում
×
Ընթացիկ
×
Ժամանակը
Աշխատանք=Էլեկտրական լարում×Հոսանք×Ժամանակ
Որտեղ
Էլեկտրական լարում = 6 Վ
Ընթացիկ = 2 Ա
Ժամանակը = 1,5 ժամ = 1,5 * 60 րոպե = 90 րոպե
Հիմա եկեք հաշվարկենք աշխատանքը.
Աշխատանք
6
IN
×
2
Ա
×
90
րոպե
Աշխատանք=6V×2A×90 րոպե
Նախքան հաշվարկները կատարելը, եկեք ժամանակը փոխարկենք վայրկյանների.
90
րոպե
×
60
վայրկյան
5400 թ
վայրկյան
90 րոպե×60 վայրկյան=5400 վայրկյան
Հիմա եկեք փոխարինենք բոլոր արժեքները.
Աշխատանք
6
×
2
×
5400 թ
Աշխատանք=6×2×5400
Աշխատանք
64
,
800 թ
ջոուլներ
Աշխատանք=64800 ջոուլ
Այսպիսով, հոսանքի կատարած աշխատանքը համակարգչի մարտկոցը 1,5 ժամ լիցքավորելիս կազմում է 64800 ջոուլ։
5. 450 Վտ հզորություն ունեցող հեռուստացույցը, ըստ հաշվիչի ցուցմունքի, ծախսել է 360 կՋ էներգիա: Որքա՞ն ժամանակ է միացված եղել հեռուստացույցը:
Հեռուստացույցի շահագործման ժամանակը որոշելու համար մենք օգտագործում ենք բանաձևը.
Էներգիա
Ուժ
×
Ժամանակը
Էներգիա=Հզորություն×Ժամանակ
Տրված է.
Հեռուստացույցի հզորությունը = 450 Վտ
Սպառված էներգիա = 360 կՋ
Դուք պետք է գտնեք հեռուստացույցի շահագործման ժամանակը: Դա անելու համար նախ սպառված էներգիան կՋ-ից փոխարկեք J.
360 թ
կՋ
360 թ
×
1000
ժ
360 թ
,
000
ժ
360 կՋ=360×1000 Ջ=360000 Ջ
Այժմ, օգտագործելով բանաձևը, մենք գտնում ենք ժամանակը.
Էներգիա
Ուժ
×
Ժամանակը
Էներգիա=Հզորություն×Ժամանակ
360 թ
,
000
ժ
450 թ
Վ
×
Ժամանակը
360000 J=450 W×Ժամանակ
Ժամանակը գտնելու համար սպառված էներգիան բաժանեք հզորության վրա.
Ժամանակը
360 թ
,
000
ժ
450 թ
Վ
Ժամանակ =
450 Վտ
360000 Ջ
|
Ժամանակը
800 թ
վայրկյան
Ժամանակը՝ 800 վայրկյան
Այնուամենայնիվ, այս ժամանակը չափվում է վայրկյաններով: Այն րոպեների փոխարկելու համար բաժանեք 60-ի.
Ժամանակը
800 թ
վայրկյան
60
վայրկյան
13.33
րոպե
Ժամանակ =
60 վայրկյան
800 վայրկյան
|
=13,33 րոպե
Այսպիսով, հեռուստացույցը միացված է եղել մոտավորապես 13,33 րոպե՝ 450 Վտ հզորությամբ 360 կՋ էներգիա սպառելու համար:
6. Ճեպընթաց էլեկտրագնացքը, որի շարժիչների ընդհանուր հզորությունը 200 կՎտ է, շարժվում է 180 կմ/ժ միջին արագությամբ: Որքա՞ն աշխատանք են կատարում նրա էլեկտրաշարժիչները 560 կմ ճանապարհ անցնելիս:
Որոշակի տարածություն անցնելիս էլեկտրական շարժիչների կատարած աշխատանքը որոշելու համար օգտագործում ենք հետևյալ բանաձևերը.
Ուժ
Աշխատանք
Ժամանակը
Հզորություն =
Ժամանակը
Աշխատանք
|
Աշխատանք
Ուժ
×
Ժամանակը
Աշխատանք=Հզորություն×Ժամանակ
Նախ պետք է որոշել, թե որքան ժամանակ կպահանջվի էլեկտրական գնացքի համար 180 կմ/ժ արագությամբ 560 կմ ճանապարհ անցնելու համար: Մենք օգտագործում ենք բանաձևը.
Ժամանակը
Հեռավորությունը
Արագություն
Ժամանակ =
Արագություն
Հեռավորությունը
|
Ժամանակը
560 թ
կմ
180 թ
կմ/ժ
Ժամանակ =
180 կմ/ժ
560 կմ
|
Հաշվարկը կատարելուց առաջ արագությունը կմ/ժ-ից վերածում ենք կմ/րոպի՝ բաժանելով 60-ի (քանի որ ժամանակը րոպեներով պետք է ստանանք).
180 թ
կմ/ժ
180 թ
60
կմ/րոպե
3
կմ/րոպե
180 կմ/ժ=
60
180 թ
|
կմ/րոպ=3 կմ/րոպ
Հիմա եկեք հաշվարկենք ժամանակը.
Ժամանակը
560 թ
կմ
3
կմ/րոպե
186,67
ր
Ժամանակ =
3 կմ/րոպե
560 կմ
|
=186,67 րոպե
Այժմ, ժամանակի և ուժի հետ, մենք կարող ենք աշխատանք գտնել.
Ուժ
200 թ
կՎտ
200 թ
,
000
Վ
Հզորությունը=200 կՎտ=200000 Վտ
Ժամանակը
186,67
ր
186,67
×
60
վրկ
11200 թ
վրկ
Ժամանակ = 186,67 րոպե = 186,67 × 60 վրկ = 11200 վրկ
Աշխատանք
Ուժ
×
Ժամանակը
Աշխատանք=Հզորություն×Ժամանակ
Աշխատանք
200 թ
,
000
Վ
×
11200 թ
վրկ
2
,
240
,
000
,
000
ջոուլներ
Աշխատանք = 200,000 W× 11200 վրկ = 2,240,000,000 ջոուլ
Այսպիսով, էլեկտրական շարժիչները 560 կմ ճանապարհ անցնելիս կատարում են 2,240,000,000 ջոուլի աշխատանք։
7. Ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի 80 վ-ում 40 Օմ դիմադրություն ունեցող ջեռուցիչ տարրում, եթե այն միացված է 120 Վ լարման ցանցին:
?
8. Հաղորդչի դիմադրությունը 150 Օմ է, նրանով անցնող հոսանքի ուժը՝ 1.6 Ա: Ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի նրանում 10 վ-ի ընթացքում:
?
Վարդան Նավասարդյան 