Հոսանքի աշխատանքը և հզորությունը

Էլեկտրական 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:

R — դիմադրություն (ՕՄ)

P — հոսանքի հզորություն (ՎՏ)

I — հոսանքի ուժ (Ամպեր)

U — լարում (Վոլտ)

A — հոսանքի կատարած աշխատանք (Ջոուլ)

Q — ջերմաքանակ (Ջոուլ)

Ջոուլ-Լենցի օրենք՝ Q=I²•R•Δt

Օհմի օրենք՝ I=U/R

A=I•U•Δt

P=A/Δt

P=I•U

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:

Q=I²•R•Δt

Q=3.5²•140•8=13720

Պատ՝ 13720 Ջ

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:

A=I•U•Δt

A=0.8•110•24=2112

Պատ՝․ 2112 Ջ

3. 50 Օմ դիմադրություն ունեցող էլեկտրական վարսահարդարիչը միացրեցին 127 Վ լարման ցանցին: Որքա՞ն աշխատանք կկատարի նրանում հոսանքը 15 րոպեի ընթացքում:

15ր․=0.25ժ․

A=I•U•Δt

I=U/R

I=127/50=2,54

A=2,54•127•0,25=161,29

Պատ՝ 161,29 Ջ

4. 6 Վ լարման և 2 Ա հոսանքի ուժի դեպքում համակարգչի մարտկոցի լիցքավորումը տևեց 1.5 ժամ: Որոշե՛ք հոսանքի կատարած աշխատանքը այդ ընթացքում:

Q=I²•R•Δt

R=U/I=3

Q=4•3•1,5=18

Պատ՝ 18 Ջ

5. 450 Վտ հզորություն ունեցող հեռուստացույցը, ըստ հաշվիչի ցուցմունքի, ծախսել է 360 կՋ էներգիա: Որքա՞ն ժամանակ է միացված եղել հեռուստացույցը:

360կ Ջ = 360000 Ջ

t=A/P

t=360000/450=800

Պատ՝ 800ժ․

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:

A=t•P

200կՎտ = 200000Վտ

t=S/V

t=560/180=3,1

A=3,1•200000=620000

Պատ՝ 620000 Ջ

7. Ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի 80 վ-ում 40 Օմ դիմադրություն ունեցող ջեռուցիչ տարրում, եթե այն միացված է 120 Վ լարման ցանցին:

80վ․=0,02ժ․

Q=I²•R•Δt

I=U/R

I=120/40=3

Q=9•40•0,02=7,2

Պատ՝ 7,2 Ջ

8. Հաղորդչի  դիմադրությունը 150 Օմ է, նրանով անցնող հոսանքի ուժը՝ 1.6 Ա: Ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի նրանում 10 վ-ի ընթացքում:

10վ․=0,003ժ․

Q=I²•R•Δt

Q=2,56•150•0,003=1,152

Պատ՝ 1,152 Ջ

9. Շղթայի տեղամասում միմյանց հաջորդաբար միացված են R1=40 Օմ և R2 =60 Օմ դիմադրություններով ռեզիստորներ: Տեղամասի ծայրերում լարումը 100 Վ է: 2 րոպեի ընթացքում ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի հաղորդիչներից յուրաքանչյուրում: Պատասխանը գրել ամբողջ թվի ճշտությամբ:

2ր․=0,03ժ․

Q1=I1²•R1•t

I1=U/R1

I1=100/40=2,5

Q1=6,25•40•0,03=7,5

Q2=I2²•R2•t

I2=U/R2

I2=100/60=1,6

Q2=2,56•60•0,03=4,608

Պատ՝ Q1=7,5 Ջ; Q2=4,608 Ջ

10. Էլեկտրական ջեռուցչի0.017 Օմ⋅մմ² /մ տեսակարար դիմադրությամբ պղնձե  սնուցող հաղորդալարի երկարությունը 1.5 մ է, լայնական հատույթի մակերեսը՝ 2 մմ² : Որքա՞ն ջերմաքանակ կանջատվի այդ հաղորդալարում 25 րոպեի ընթացքում, եթե շղթայում հոսանքի ուժը 4 Ա է:

Տնային աշխատանք՝ դաս 18-20։ Պատասխանել էջ 63- ի 1-9-ը և էջ 67-ի 1- 11 հարցերին։ Աշխատանքը հրապարակել բլոգում, հղումն ուղարկել ինձ։