Praca i moc prądu elektrycznego
Efekt Joule'a-Lenza, sprawność i kilowatogodziny
Po tej lekcji będziesz umieć
Obliczać pracę i energię elektryczną
w dżulach i kilowatogodzinach
Rozróżniać pracę, moc, ciepło Joule'a i sprawność
cztery różne pojęcia
Dobierać właściwy wzór na moc do danych
P = UI, I2R, U2/R
Analizować moc odbiorników w szeregu i równolegle
warunek stałego I lub U
Obliczać koszt zużycia energii
kWh × cena
Wyjaśniać, dlaczego energię przesyła się przy wysokim napięciu
straty I2R
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE trzeba zwykle połączyć prawo Ohma z pracą, mocą i energią. Samo podstawienie do P = UI często nie wystarcza — trzeba rozpoznać rodzaj połączenia, przeliczyć czas na sekundy lub godziny oraz odróżnić dżule od kilowatogodzin.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Typowe polecenia dotyczą kosztu pracy urządzenia, porównania mocy odbiorników, efektu Joule'a–Lenza, sprawności oraz strat energii podczas przesyłu.
Intuicja zjawiska
Źródło nadaje energię ładunkom elektrycznym, a odbiornik zamienia tę energię na ciepło, światło, ruch lub inną użyteczną formę.
Praca
Całkowita przekazana energia — ile energii łącznie zużyło urządzenie.
Moc
Jak szybko energia jest przekazywana. Dwa urządzenia mogą zużyć tę samą energię, ale to o większej mocy zrobi to szybciej.
Efekt Joule'a–Lenza
W rezystorze zderzenia elektronów z siecią krystaliczną zwiększają energię wewnętrzną — przewodnik się nagrzewa.
Sprawność
Jaka część pobranej energii jest użyteczna; reszta to straty (ciepło i inne).
Wielkości i jednostki
Praca / energia W, E :: [J] :: całkowita przekazana energia Moc P :: [W = J/s] :: energia przekazywana w jednostce czasu Napięcie U :: [V = J/C] :: energia na jednostkę ładunku Natężenie I :: [A = C/s] :: ładunek w jednostce czasu Czas t :: [s] :: czas dzia…
Modele i zasady
:rule Moc chwilowa i stała Ogólnie moc chwilowa wynosi p(t) = u(t)·i(t). Dla stałych wartości U i I: P = UI oraz W = UIt.
Mapa pracy i mocy prądu elektrycznego
Słownictwo
Teoria: wzory i interpretacje
Moc chwilowa i moc przy stałych U, I: p(t) = u(t)\,i(t), \qquad P = UI Praca prądu (dla stałych U i I): W = \int p(t)\,dt, \qquad W = UIt = Pt = U\,\Delta q Rezystor omowy: P = UI = I^2 R = \frac{U^2}{R} Efekt Joule'a–Lenza (stałe I i R): Q J = I^2 R t Spra…
Solver pracy i mocy
:solver-mocp
Doświadczenie: moc i sprawność grzałki
Cel: porównać energię elektryczną pobraną przez grzałkę z energią przekazaną wodzie. Przyrządy: zasilacz niskiego napięcia, grzałka (rezystor mocy), amperomierz i woltomierz, naczynie z wodą, termometr, stoper, waga.
Przykład
Przykład rozwiązany
Grzejnik 220 V, 2 kW pracuje 3 godziny. Oblicz prąd I, opór R, energię W (w kWh i J) oraz koszt (0,80 zł/kWh).
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Żarówka 60 W, U = 230 V. Oblicz I i R (przy tej temperaturze).
Częste błędy
P = UI tylko przy rezystorze :: Nie! W prądzie stałym P = UI opisuje moc odbieraną przez dowolny element (przy zgodnej konwencji znaków).
Powtórka w 30 sekund
praca = przekazana energia :: moc = szybkość jej przekazywania W = UIt = Pt :: dla stałych U, I P = UI :: w prądzie stałym P = I²R = U²/R :: dla rezystora Q J = I²Rt :: efekt Joule'a 1 kWh = 3,6·10⁶ J :: jednostka energii :key Szeregowo ten sam jest prąd, r…
Kluczowe pojęcia
Praca prądu :: energia przekazana przez pole elektryczne ładunkom i odbiornikowi; W = UIt [J]; 1 kWh = 3,6·10⁶ J Moc elektryczna :: energia przekazywana w jednostce czasu; P = UI [W]; dla rezystora P = I²R = U²/R Efekt Joule'a–Lenza :: zamiana energii elekt…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Praca i moc prądu to codzienna elektryczność — sprawdź, czy pewnie liczysz energię, koszt i sprawność. sprawdzian :: Praca, moc, efekt Joule'a i sprawność :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami krok po kroku — przećwicz fizykę.
Wzory w tablicach
Powiązane wzory maturalne
Powtórka do matury
Ten temat na maturze
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Prąd elektryczny. Zakres: praca i moc prądu, efekt Joule'a–Lenza, sprawność, kilowatogodzina, przesyłanie energii elektrycznej.
W tej lekcji
ZJAWISKO I MODEL
DOŚWIADCZENIE