Мощность электрического тока. Счетчик

Мощность характеризует скорость совершения работы. Чем больше мощность машины, тем бóльшую работу она может сделать за то же время. В электрическом устройстве работу совершает электрический ток. В различных электрических устройствах работа электрического тока за одинаковый промежуток времени может быть разной. Например, в лампе люстры электрический ток совершает намного больше работы, чем за то же самое время в лампе карманного фонарика. Поэтому и освещает люстра сильнее, чем карманный фонарик.

Мощность электрического тока – это физическая величина, равная работе, совершаемой электрическим током в единицу времени. Мощность тока можно выразить из формулы работы тока, разделив работу тока на промежуток времени, в течение которого эта работа была совершена.

$\[ N=\frac{A}{t}=\frac{UIt}{t}=UI \]$.

Мощность электрического тока численно равна произведению напряжения на силу тока. Поскольку работу тока можно выразить также как

A = I² R t и $\[ A=\frac{U^2}{R}t \]$,

то и мощность тока можно выразить, соответственно, отношением

N = I² R и $\[ N=\frac{U^2}{R} \]$.

Единица мощности тока 1 ватт, обозначение единицы 1 Вт (международное обозначение W). Мощность электрического тока равна 1 ватту, если работа, проделанная электрическим током за 1 секунду, равна 1 джоулю. Единица мощности тока выражается через единицы напряжения и силы тока:

1 единица мощности = 1 единица напряжения · 1 единица силы тока,

1 ватт = 1 вольт · 1 ампер,

1 Вт = 1 В · 1 А.

Мощность электрического тока можно измерить косвенным методом. Вольтметром измеряется напряжение на концах проводника и ампер­метром – сила тока в проводнике. Мощность тока вычисляется умножением значений напряжения и силы тока.

Для непосредственного измерения мощности используется ваттметр, измеряющий одновременно и силу тока, и напряжение. Ваттметр подключается к электрической цепи при помощи четырех клемм.

Измерение мощности электрического тока. Ваттметром одновременно измеряется сила тока в лампе (черные провода) и напряжение на клеммах лампы (красные провода).

В бытовой речи часто употребляется выражение мощность электри­ческого устройства. Например, мощность пылесоса 1200 Вт, мощность электрической лампы 60 Вт и т. д. Говоря так, исходят из значения мощности, обозначенной на электрическом устройстве или записанной в его паспорте.

Но мощность электрического устройства и мощность электрического тока – это понятия, имеющие разные значения. Обозначенная на электропотребителе или в его паспорте мощность называется номинальной мощностью электрического устройства. Номинальной мощностью электрического устройства называется максимальная мощность, которую устройство может развивать в течение длительного времени работы. С номинальной мощностью устройство работает только тогда, когда напряжение на его клеммах соответствует значению напряжения, которое обозначено на устройстве или в его паспорте. Такое напряжение называется номинальным напряжением.

Например, если на электрической лампе написано «230 V, 60 W», это значит, что мощность электрического тока в лампе во время работы будет 60 Вт только в том случае, если напряжение на концах нити накаливания лампы 230 В. Если напряжение на клеммах лампы ниже или выше, например 210 В или 240 В, то и мощность тока в лампе во время работы будет, соответственно, меньше или больше 60 Вт.

Если напряжение на клеммах лампы совпадает с номинальным напряжением (230 В), то мощность тока в лампе совпадает с номинальной мощностью лампы (100 Вт).

Если напряжение на клеммах лампы отличается от номинального напряжения, то мощность тока в лампе также отличается от номинальной мощности лампы.

Таким образом, мощность электрического тока равна по величине мощности электрического устройства только тогда, когда напряжение на клеммах устройства равно номинальному напряжению устройства.

Обозначенная на устройстве номинальная мощность помогает нам выбрать самый подходящий электроприбор. Не имеет смысла использовать для ночника электролампу, номинальная мощность которой, например, 300 Вт. А для освещения класса недостаточно лампы, номинальная мощность которой всего 15 Вт.

Зная мощность электрического тока и время работы устройства, можно вычислить работу тока:

A = N t.

Исходя из этой формулы, можно единицу работы тока выразить через единицу мощности и единицу времени:

1 единица работы = 1 единица мощности · 1 единица времени,

1 джоуль = 1 ватт · 1 секунда,

1 Дж = 1 Вт · 1 с.

При потреблении и продаже электроэнергии для измерения работы тока используется единица

1 киловатт-час (1 кВт · ч).

1 кВт · ч = 1000 Вт · 3600 с = 3 600 000 Дж = 3,6 · 10⁶ Дж.

Единицей 1 кВт · ч удобно пользоваться при планировании расходов на электроэнергию, используя при этом значения номинальной мощности устройств, потребляющих электрическую энергию.

При продаже электроэнергии работа тока измеряется специальным прибором – счетчиком электроэнергии, который в обиходной речи мы называем электросчетчиком. Счетчиком можно измерить работу тока в квартире, во всем доме и т. д.

Счетчик электроэнергии устанавливается в квартире или на лестничной клетке. На передней панели счетчика имеется окошко, в котором видны один или два ряда цифр и контрольная лампочка, которая мигает, если работает какой-либо потребитель электроэнергии. Ряд цифр показывает значение потребленной электроэнергии в киловатт-часах. Значение потребленной за месяц электроэнергии можно получить, если фиксировать показания счетчика один раз в месяц и вычитать из последнего показания показание предыдущего месяца. Если в окошке видны два ряда цифр, то счетчик предназначен для отдельного измерения работы тока в дневное и ночное время. В ночное время электроэнергия обычно стоит дешевле, чем днем.

1. Показание счетчика электроэнергии 30 октября было 08450 кВт · ч, а 30 ноября 08832 кВт · ч. Сколько нужно было заплатить за потребление электроэнергии в ноябре, если цена электроэнергии вместе с налогом с оборота была $\[ \mathrm{0,14}\frac{\text{евро}}{\text{кВт · ч}}\text{?} \]$

2. Мощность электрической лампы в настольном светильнике 60 Вт. Лампа горит в среднем 5 часов в сутки. Какой расход электроэнергии планируется на один месяц (30 дней), если напряжение в электросети равно номинальному напряжению лампы?

1. Реостат использовали в качестве нагревательного элемента. Проволока реостата перегорела. После ремонта она стала немного короче. Какое количество теплоты выделяется в реостате за определенное время и какова мощность тока в реостате после ремонта по сравнению с ситуацией до ремонта, если к клеммам реостата приложено то же напряжение, что и до ремонта?
2. В конфорке электроплиты имеются два нагревательных элемента одинаковой номинальной мощности. Конфорка может работать с тремя разными значениями мощности. Как в этих случаях соединены в цепи нагревательные элементы?
3. Нарисуй в своей тетради приведенную ниже таблицу и занеси в нее показания своего домашнего счетчика за семь дней подряд, снятые в одно и то же время. Узнай у родителей электротариф, по которому вы платите (кроме стоимости энергии учитывай также плату за сетевые услуги и налоги) и вычисли:
   1. среднее потребление электроэнергии у себя дома и оплату за нее за одни сутки;
   2. среднее потребление электроэнергии у себя дома и оплату за нее за один месяц;
   3. среднее потребление электроэнергии у себя дома и оплату за нее за один год.
4. Вычисли, сколько электроэнергии в целом потребили бы жители Эстонии в своих домах за год, если бы среднее потребление у них было таким же, как у вас в доме. При вычислении исходи из количества членов твоей семьи и из того, что в Эстонии около 1,4 миллиона жителей.
5. Найди в справочной литературе общее количество производимой за год в Эстонии электроэнергии и вычисли, какая ее часть, по твоим данным, потребляется населением. Сравни свой результат с результатами одноклассников.
6. Проанализируй потребление электроэнергии у себя дома и найди возможность ее экономии.  

Таблица потребления электроэнергии

В данном примере за дневной тариф электроэнергии принято 0,14 евро/кВт · ч и за ночной тариф 0,094 евро/кВт · ч.