Электричество шаг за шагом

Запасы энергии, её расход или увеличение, её количественные соотношения при переходе из одного вида в другой, затраты энергии на какую-либо работу — всё это измеряется в джоулях, как и сама работа.

Т-50. Единица мощности — ватт (Вт). Если кто-либо предложит вам электрический генератор и сообщит, что, накопив заряды на электродах, генератор может выполнить работу в 1 джоуль, то этой информации будет совершенно недостаточно, чтобы оценить предложение. За сколько времени генератор выдаёт этот джоуль? Если за секунду — неплохо, если за сотую долю секунды — ещё лучше, это значит, что генератор работает энергичнее, он быстрее поставляет заряды в электрическую цепь и может обеспечить в итоге более сильный ток. А если 1 джоуль энергии генератор выдаёт за месяц, то, значит, он работает чрезвычайно слабо, вяло и значительного тока в цепи обеспечить не сможет.

То же самое надо иметь в виду при оценке потребителей энергии. Если, например, известно, что ток, работающий в электрической лампочке, превращает в свет 100 джоулей энергии, то вы не сможете представить себе яркость лампочки. Чтобы оценить её, вам нужно ответить на тот же вопрос: «За сколько времени?», то есть вам нужно знать, за сколько времени выполняется эта работа. Если за секунду — хорошо, такая лампочка светит очень ярко. Если нужная нам работа в 100 джоулей растянута на минуту, то лампочка светит достаточно тускло. Ну а если ток, превращая в лампочке свою энергию в свет, выдаёт 100 джоулей света за час, то это уже не электрическая лампочка, а одинокий тлеющий уголёк.

ВК-61.Существует некоторая терминологическая путаница — словом «нагрузка» называют само сопротивление нагрузки R_н и также процесс отбора мощности от генератора. Поэтому надо помнить, что чем меньше сопротивление нагрузки R_н, тем больше нагрузка на генератор — больше получаемый от него ток и, следовательно, потребляемая от генератора мощность. А выражение: «Увеличили сопротивление нагрузки» означает, что нагрузка на генератор уменьшилась, потребляемая мощность стала меньше.

Вывод из всего сказанного очень простой: нужна ещё одна характеристика, которая расскажет о том, какая выполняется работа, но не вообще, а за единицу времени. Эта характеристика называется мощность, и используется она очень широко: представляя новый автомобиль, называют мощность двигателя, потребляемая мощность всегда указана в проспекте обогревателя или пылесоса и даже физиологи оценивают тепловую мощность, излучаемую поверхностью нашего тела.

В системе СИ единица мощности — ватт (Вт), это работа в 1 джоуль, выполненная за 1 секунду, что можно коротко записать так: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Если работа в 1 джоуль выполняется за 2 секунды, то мощность уже меньше — всего 0,5 ватта. А если работа в 1 джоуль выполняется за 0,1 секунды, то мощность составляет 10 ватт. Одним словом, если известно, какая работа была выполнена и за какое время, то можно легко подсчитать мощность. Единица мощности названа именем изобретателя паровых двигателей Джеймса Уатта (1736–1819) первая английская буква W его фамилии Watt в русском языке иногда представлена русской буквой В, а иногда буквой У).

Приведём ещё пару примеров, иллюстрирующих единицу мощности ватт. Если насос, подкачивая воздух в аквариум, за 5 секунд выполнил работу 80 джоулей, то за 1 секунду он наработал 16 джоулей, и мощность насоса 16 ватт (80 Дж: 5 с = 16 Дж/с = 16 Вт). Точно так же можно подсчитать производимую или потребляемую энергию. Если электрический камин за минуту выделяет 18 000 джоулей тепла, то тепловая мощность этого камина равна 300 ватт (18 000 Дж: 60 с = 300 Дж/с = 300 Вт).

ВК-62.Электродвижущую силу Е генератора можно измерить, если к нему не подключена нагрузка. Потому что у любого генератора при подключённой нагрузке часть э. д.с. теряется в нём самом. Такие потери отображают в виде условного внутреннего сопротивления R_{внт. г} генератора, на этом сопротивлении и теряется часть э.д.с. (внутреннее напряжение U_{внт. г}), а на зажимах (на выходе) генератора действует оставшаяся часть электродвижущей силы — выходное напряжение генератора U_г.