Articole electronica, kituri, scheme
Carti

Puterea si lucrul mecanic al curentului

Curentul electric poate să execute un lucru mecanic, adică energia curentului se poate transforma într-o altă energie, de exemplu, în energie calorică, luminoasă sau mecanică. In radiotehnică se obişnuieşte să se aprecieze capacitatea de lucru a curentului după puterea lui care se notează cu litera P.

Puterea reprezintă lucrul executat într-o secundă. Se mai poate spune că puterea este consumul de energie electrică pe secundă.
Unitatea de măsură a puterii este wattul, care se notează cu litera W.

Puterea curentului egală cu 1 W este puterea unui curent de 1 A la o tensiune de 1 V.

Cu cît tensiunea şi curentul sînt mai mari, cu atît şi puterea este mai mare. De aceea, pentru calculul puterii curentului trebuie să înmulţim tensiunea în V cu curentul în A. Cu alte cuvinte, numărul de W este egal cu numărul de V înmulţit cu numărul de A.

13. Puterea si lucrul mecanic al curentului 1

De exemplu, dacă la o tensiune de 120 V, trece printr-o rezistenţă oarecare un curent de 3 A, puterea curentului în această rezistenţă va fi de 360 W.

De multe ori este nevoie să calculăm puterea curentului, fără a cunoaşte curentul sau tensiunea, dacă în schimb cunoaştem rezistenţa. In acest caz, cu ajutorul legii lui Ohm trebuie să stabilim mai întîi curentul sau tensiunea pe baza valorii rezistenţei, şi numai după aceasta să procedăm la calcularea puterii. Substituind în formula de bază a puterii, valoarea curentului sau tensiunii după formula lui Ohm, mai putem obţine două formule pentru calculul puterii:

13. Puterea si lucrul mecanic al curentului 2

Aceste două formule se întrebuinţează foarte des în calculele practice. Sensul lor este uşor de înţeles. Intr-adevăr, dacă un curent a devenit de două ori mai mare, acest lucru se poate produce numai prin dublarea tensiunii. Dar dacă mărim de două ori tensiunea sau curentul, puterea va creşte de patru ori, adică va creşte cu patratul curentului.

Mărind rezistenţa pentru a menţine curentul la o valoare constantă, este nevoie să mărim în mod corespunzător şi tensiunea. Tot de atîtea ori va creşte şi puterea, întrucît în acest caz se măreşte numai tensiunea, iar curentul rămîne constant.

Cînd tensiunea care acţionează asupre unei rezistenţe constante oarecare va fi mărită de cîteva ori, curentul va creşte şi el tot de atîtea ori. Deci, puterea va creşte cu pătratul curentului, deoarece tensiunea şi curentul s-au mărit de acelaşi număr de ori. Dacă, însă, tensiunea este constantă şi vom mări rezistenţa în mod corespunzător, curentul va scădea, deci va scădea şi puterea. De aceea, în formula a doua, rezistenţa figurează ca numitor.

Aceste două formule pentru calculul puterii parcă se contrazic şi anume: într-una din ele, puterea creşte în cazul creşterii rezistenţei, iar în cealaltă puterea se micşorează. Dar această contradicţie este numai aparentă, întrucît în primul caz corespunde curentului constant, iar cel de al doilea caz, tensiunii constante.

Pentru ilustrare dăm următoarele exemple : să presupunem că trebuie să aflăm puterea unui curent de 0,2 A, care trece printr-o rezistenţă de 1 000 Q. Calculul se poate face după două metode.

Să aflăm tensiunea pe baza legii lui Ohm:

13. Puterea si lucrul mecanic al curentului 3

Acum să aflăm puterea:

13. Puterea si lucrul mecanic al curentului 4

Acelaşi lucru se poate obţine şi cu formula:

13. Puterea si lucrul mecanic al curentului 5

Să mai analizăm încă un exemplu pentru determinarea puterii curentului şi anume la o lampă cu o rezistenţă de 200 Q, alimentată la o tensiune de 100 V. Cel mai simplu procedeu este să folosim următoarea formulă :

13. Puterea si lucrul mecanic al curentului 6

Putem însă, afla mai întîi curentul: I=100/200 = 0,5 A, apoi vom putea afla puterea după formula de bază:

13. Puterea si lucrul mecanic al curentului 7

Uneori, este nevoie să facem un calcul invers şi anume : cunoscînd puterea, trebuie să aflăm curentul sau tensiunea. Să presupunem că trebuie să aflăm curentul dintr-o lampă de 300 W, la o tensiune de 120 V. Intrucît puterea este produsul dintre tensiune şi curent, evident ică pentru a afla curentul, trebuie şă împărţim puterea la tensiune I = P/U = 300/120 = 2,5 A.

In afară de unitatea de bază a puterii wattul, de multe ori se întrebuinţează şi alte unităţi : kilowattul (kW), hectowattul (hW), miliwattul (mW), microwattul ( uW), în mod corespunzător egali cu: 1 000 W, 100 W, 0,001 W şi 0,000001 W.

Lucrul executat de curentul electric, sau consumul de energie electrică se măsoară în unităţi, care au ca bază unităţile puterii, ţinîndu-se seama, în acelaşi timp şi de durata trecerii curentului. Puterea este lucrul executat în timp de o secundă, iar valoarea lucrului executat de curent poate corespunde unui interval de timp oarecare, în cursul căruia a circulat curentul. Cu cît curentul trece un timp mai îndelungat, cu atît valoarea lucrului executat va fi mai mare.

Unitatea de bază a lucrului executat de curent este wattsecunda (Ws), adică lucrul curentului cu o putere de un W în curs de o secundă. Această unitate este prea mică, deoarece în mod obişnuit, curentul trece nu numai o singură sau cîteva secunde, ci o perioadă de timp mai îndelungată. Wattora (Wh), este o unitate de măsură mai mare, care corespunde cu lucrul unui curent cu o putere de 1W, în timp de o oră. O oră are 60 de minute a cîte 60 de secunde, adică în total 3 600 secunde. De aceea, 1 Wh este egal cu 3 600 Ws.

Adesea se întrebiunţează unităţi mult mai mari ca: hectowattoră (hWh) şi kilowattoră (kWh). Un hectowattoră este egal cu 100 Wh, iar un kilowattoră este de 10 ori mai mare, deci egal cu 1 000 Wh.

Calcularea cantităţii de energie electrică, consumată pentru iluminarea sau alimentarea unui receptor din reţea, se face totdeauna în hWh sau kWh. Con- torii electrici din locuinţe, înregistrează consumul de energie în aceste unităţi.

Uneori, se exprimă cu totul greşit energia electrică în kilowaţi sau hectowaţi, adică în unităţi de putere. Asemenea greşeli nu trebuie să le admitem niciodată. Lucrul şi puterea sînt două noţiuni distincte. Puterea unui curent rămîne constantă, atunci cînd curentul, tensiunea şi rezistenţa rămîn constante. Lucrul curentului care are o putere constantă este însă în funcţie de timp şi trebuie exprimat în kilowattore sau hectowattore.
Calcularea lucrului curentului, sau a consumului de energie electrică este foarte simplu. Aceasta se face îmulţind puterea cu timpul. In funcţie de unităţile puterii şi timpului, vom obţine, pe baza acestei reguli, lucrul curentului exprimat într-una din aceste unităţi.

Să luăm un exemplu de calcul al lucrului curentului. Să aflăm costul energiei consumate de la reţea în cursul unei luni de către un receptor care funcţionează zilnic cîte 4 ore, cînd puterea curentului care alimentează receptorul este de 50 W. Numărul total al orelor de lucru al acestui receptor, în cursul unei luni, va fi de : 4 x 30 = 120 ore. Lucrul curentului va fi: 50 x 120 = 6 000 Wh = 6 kWh. Socotind că 1 kWh de energie electrică costă 40 de copeici, costul energiei consumate de receptor va fi: 6×40=240 copeici = 2 ruble şi 40 copeici.

Receptorii de radio cu tuburi electronice (lampile de radio se numesc tuburi electronice, sau mai simplu tubuuri) consumă o putere de aproximativ 50—100 W, în funcţie de numărul tuburilor. Receptorii cu mai puţine tuburi consumă o putere şi mai mică, iar mai mult de 100 W consumă numai unii receptori cu mai multe tuburi şi pick-up-urile.

Intr-un circuit electric închis se disting, de obicei, trei mărimi ale puterii : puterea utilă, puterea pierdută şi puterea totală. Puterea utilă este folosită în rezistenţa care constituie sarcina exterioară, de exemplu în lampa incandescentă care se alimentează de la sursa de curent. Puterea pierdută se degajă în rezistenţa internă a sursei şi se consumă inutil pentru încălzirea sursei. Totalul acestor două puteri constituie puterea totală a circuitului electric.

Sursa de curent (generatorul) trebuie să producă totdeauna o putere totală, din care o parte a acesteia este utilă, iar cealaltă se pierde inevitabil în rezistenţa internă a generatorului. Un indiciu care caracterizează cît de bine este folosită puterea totală a generatorului în circuitul respectiv este randamentul. Randamentul este egal cu raportul dintre puterea’utilă şi cea totală. Cu alte cuvinte randamentul ne arată cît reprezintă puterea utilă faţă de puterea totală. De- aceea este necesar să avem totdeauna un randament cît mai mare al circuitului electric.

Randamentul din fiecare circuit este în funcţie de raportul dintre rezistenţa exterioară şi cea interioară a circuitului.

Dacă rezistenţa exterioară este mai mică decît cea interioară, atunci, cea mai mare parte din puterea totală se pierde în interiorul generatorului, iar randamentul va fi mic. Acesta este regimul cel mai desavantajos de funcţionare a circuitului electric. Dacă rezistenţa exterioară este egală cu zero, adică dacă generatorul lucrează într-un regim de scurtcircuit, întreaga lui putere este cheltuită pentru încălzirea generatorului însuşi şi din această cauză randamentul este egal cu zero.

Uneori, în instalaţiile radiotehnice, rezistenţa exterioară a circuitului este egală cu rezistenţa interioară a generatorului. In acest caz, puterea totală se împarte în părţi egale între aceste rezistenţe, iar randamentul reprezintă 50%. Asemenea valoare a randamentului nu poate fi însă considerată mare. Totuşi, acest regim de lucru are o importanţă deosebită, întrucît. atunci cînd rezistenţa exterioară este egală cu cea interioară, puterea utilă ajunge la valoarea cea mai mare în comparaţie cu toate celelalte cazuri.

Pentru a obţine un randament mai mare, ceea ce este deosebit de important în cazul unor puteri mari. rezistenţa exterioară trebuie să fie mai mare decît rezistenţa interioară. Cu cît rezistenţa exterioară este mai mare, cu atît randamentul va fi mai marj şi mai apropiat de 100% .De exemplu, dacă rezistenţa exterioară este de nouă ori mai mare decît rezistenţa interioară, randamentul va fi de 90%.


Articole din aceasi publicatie
Subscribe
Notify of
guest

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
back to top