Мощность электрического тока

Мощность — это физическая величина, которая показывает работу, совершенную в единицу времени:

Соответственно, мощность электрического тока можно найти, поделив работу электрического тока на время, за которое эта работа была совершена:

Сразу следует сделать важно уточнение: так можно вычислить среднюю мощность тока, поскольку, если напряжение и сила тока меняются, то будет меняться и работа, совершенная в тот или иной промежуток времени.

Опять же, исходя из закона Ома, мы можем получить ещё два эквивалентных выражения для расчета мощности:

Единицей измерения мощности является ватт:

Поскольку работа измеряется в джоулях, а время — в секундах, то

Мы уже говорили о том, что в быту чаще всего используется параллельное подключение к сети. Поэтому, мощность в большей степени будет зависеть от силы тока, на которую рассчитан тот или иной прибор. Когда мы покупаем лампочку в магазине, на упаковке часто написано 60 ватт, 75 ватт, 100 ватт и так далее. Поскольку напряжение постоянно, по разным лампочкам проходит разный ток. Например, в сорокаваттной лампочке ток составляет менее 200 мА, а вот через стоваттную лампочку проходит ток чуть более 450 мА. Такая лампочка будет светить в два с половиной раза ярче, но и потреблять больше энергии.

Давайте рассмотрим несколько примеров из жизни, когда нам могут быть полезны знания о мощности. Например, дом подключен к автономной подстанции, напряжение на которой составляет 110 В вместо 220 В. Тогда во сколько раз менее ярко там будут гореть лампочки?

Этот вопрос кажется простым, но нам нужно быть внимательными. Исходя из формулы, мощность находится в линейной зависимости от напряжения. Поскольку 110 В это вдвое меньше, чем 220 В, лампочки будут иметь мощность вдвое меньше и, следовательно, будут гореть вдвое тусклее. Но ведь у нас есть и другая формула. Если мы используем её, то получим другой результат. Исходя из этой формулы, лампочки будут гореть в четыре раза тусклее.

Это противоречие возникло из-за того, что мы сделали не совсем правильный вывод в начале решения. Мы уже говорили, что сопротивление — это характеристика того или иного предмета, и никакое напряжение или сила тока на него повлиять не может. Поэтому, следовало учесть, что при уменьшении напряжения вдвое, вдвое уменьшится и сила тока.

Как только мы учли этот факт, наши результаты, вычисленные первым и вторым способом, совпали. Конечно же, при правильном вычислении эти результаты не могут не совпадать, поскольку реально происходящий процесс не может зависеть от того, какую формулу мы используем.

Приведем ещё один интересный пример. Допустим, вы хотите купить обогреватель, и пришли в магазин. Один обогреватель стоит 3600 рублей, а другой — 1800 рублей. Вы видите, что более дорогой обогреватель рассчитан на 10 А, а более дешевый — на 4 А. Как вы думаете, что лучше купить: один дорогой обогреватель, или два дешевых?

Итак, мы видим, что дорогой обогреватель стоит ровно столько же, сколько два дешевых. Значит, наш выбор должен быть основан только на технических характеристиках обогревателей. Начнем с того, что обогреватель нам нужен, чтобы нагреть воздух в комнате до определенной температуры. Как только мы чувствуем, что достигнутая температура для нас комфортна, мы выключаем обогреватель. Как мы помним, на нагревание одного и того же вещества той же массы на одинаковое количество градусов, требуется одно и то же количество энергии. Следовательно, независимо от мощности, обогреватели потребят одно и то же количество энергии из сети. Значит, сэкономить на потреблении электроэнергии не удастся. От мощности будет зависеть скорость нагревания.

Значит, дорогой обогреватель нагреет комнату быстрее, чем два дешевых. С другой стороны, купив два дешевых обогревателя, вы будете располагать двумя уровнями мощности. Это полезно, например, если вы планируете оставить обогреватель включенным на ночь. Слишком мощный обогреватель за 5-6 часов может легко перегреть комнату так, что придется проснуться и выключить его. Менее мощный же обогреватель будет плавно нагревать комнату, а если вы чувствуете, что его мощности недостаточно, то ничто не мешает вам включить второй обогреватель. Кроме того, эти обогреватели можно распределять по комнатам (или по углам комнаты) для более равномерного нагрева. В конце концов, два обогревателя просто более надежны, т.к. при поломке одного из них, у вас останется другой. Его мощности, возможно, будет не хватать, но, тем не менее, это лучше, остаться вообще без обогрева.

Конечно, в данном вопросе не может быть однозначного ответа. Однако, с помощью подобных рассуждений и расчетов, каждый может взвесить все плюсы и минусы и, исходя из них, сделать свой выбор.

И последняя занимательная задачка. Чтобы обеспечить электроэнергией объект, находящийся в километре от станции, станция каждый час должна передавать 15 ТДж электрической энергии через высоковольтный кабель, под напряжением 5 киловольт. Какой толщины должен быть такой кабель, если он сделан из меди?