Теория:
При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.
При прохождении заряда \(q\) по участку цепи электрическое поле будет совершать работу: \(A=q\cdot U\), где \(U\) — напряжение электрического поля, \(A\) — работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению заряда \(q\) из одной точки в другую.
Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок.
Рис. \(1\). Зависимость между работой, напряжением и зарядом
Количество заряда, прошедшее по участку цепи, пропорционально силе тока и времени прохождения заряда: .
Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна напряжению на её концах и количеству заряда, проходящего по этому участку: .
Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна силе тока, времени прохождения заряда и напряжению на концах участка цепи: .
Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.
Рис. \(2\). Зависимость между работой, силой тока и временем прохождения заряда
Единицы измерения величин:
работа электрического тока \([A]=1\) Дж;
напряжение на участке цепи \([U]=1\) В;
сила тока, проходящего по участку \([I]=1\) А;
время прохождения заряда (тока) \([t]=1\) с.
Для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.
Рис. \(3\). Схема и часы для измерения
Например:
Обрати внимание!
Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.
\(1 \) кДж \(= \) \(1000 \) Дж или \(1 \) Дж \(= \) \(0,001 \) кДж;
\(1 \) МДж \(= \) \(1000000 \) Дж или \(1 \) Дж \(= \) \(0,000001 \) МДж.
\(1 \) МДж \(= \) \(1000000 \) Дж или \(1 \) Дж \(= \) \(0,000001 \) МДж.
Для потребителей электрической энергии существуют приборы, позволяющие в пределах ошибки измерения получать числовые данные о её расходе в единицу времени.
Рис. \(4\). Электросчётчик
Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени: . Чтобы найти мощность электрического тока, надо поступить точно так же, т. е. работу тока, , разделить на время.
Мощность электрического тока обозначают буквой \(P\):
. Таким образом:
Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока:
.
.
Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.
Рис. \(5\). Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока
За единицу мощности принят ватт: \(1 \) Вт \(= \) \(1 \) Дж/с.
Из формулы следует, что
\(1\) ватт \(= \) \(1\) вольт \(⋅\)\( \) \(1\) ампер, или \(1 \) Вт \(= \) \(1 \) В ⋅\( \) А.
Обрати внимание!
Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
\(1 \) гВт \(= \) \(100 \) Вт или \(1 \) Вт \(= \) \(0,01 \) гВт;
\(1 \) кВт \(= \) \(1000 \) Вт или \(1 \) Вт \(= \) \(0,001 \) кВт;
\(1 \) МВт \(= \) \(1~000~000 \) Вт или \(1 \) Вт \(= \) \(0,000001 \) МВт.
\(1 \) гВт \(= \) \(100 \) Вт или \(1 \) Вт \(= \) \(0,01 \) гВт;
\(1 \) кВт \(= \) \(1000 \) Вт или \(1 \) Вт \(= \) \(0,001 \) кВт;
\(1 \) МВт \(= \) \(1~000~000 \) Вт или \(1 \) Вт \(= \) \(0,000001 \) МВт.
Пример:
измерим силу тока в цепи с помощью амперметра, а напряжение на участке — с помощью вольтметра.
Рис. \(6\). Схема
Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:
Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.
В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.
Аналоговый ваттметр | Аналоговый ваттметр | Аналоговый ваттметр | Цифровой ваттметр |
 |  |  |  |
Рис. \(7\). Приборы для измерения
Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую, и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.
Рис. \(8\). Лампы различной мощности в цепи
Сила тока в лампочке мощностью \(25\) ватт будет составлять \(0,1 \) А. Лампочка мощностью \(100\) ватт потребляет ток в четыре раза больше — \(0,4 \) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно \(220 \) В. Легко можно заметить, что лампочка в \(100\) ватт светится гораздо ярче, чем \(25\)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в \(4\) раза больше, потребляет в \(4\) раза больше тока. Значит:
Обрати внимание!
Мощность прямо пропорциональна силе тока.
Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение \(110 \) В и \(220 \) В.
Рис. \(8\). Лампа, подключённая к источнику тока с различным напряжением
Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:
Обрати внимание!
Мощность зависит от напряжения.
Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:
Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в \(2\) раза мощность увеличивается в \(4\) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).
 |  |  |
Рис. \(9\). Маркировка
В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами.
Таблица \(1\). Мощность различных приборов
Название | Рисунок | Мощность |
| Калькулятор |  | \(0,001 \) Вт |
| Лампы дневного света |  | \(15\)–\(80 \) Вт |
| Лампы накаливания |  | \(25\)–\(5000 \) Вт |
| Компьютер |  | \(200\)–\(450 \) Вт |
| Электрический чайник |  | \(650\)–\(3100 \) Вт |
| Пылесос |  | \(1500\)–\(3000 \) Вт |
| Стиральная машина |  | \(2000\)–\(4000 \) Вт |
| Трамвай |  | \(150~000\) — \(240~000 \) Вт |
Источники:
Рис. 1. Зависимость между работой, напряжением и зарядом. © ЯКласс.
Рис. 3. Схема и часы для измерения. © ЯКласс.
Рис. 5. Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока. © ЯКласс.
Рис. 6. Схема. © ЯКласс.
Таблица 1. Мощность различных приборов. Компьютер. Указание авторства не требуется, 2021-08-14, Pixabay License, https://pixabay.com/ru/photos/яблоко-стул-компьютер-1834328/.
Рис. 3. Схема и часы для измерения. © ЯКласс.
Рис. 5. Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока. © ЯКласс.
Рис. 6. Схема. © ЯКласс.
Таблица 1. Мощность различных приборов. Компьютер. Указание авторства не требуется, 2021-08-14, Pixabay License, https://pixabay.com/ru/photos/яблоко-стул-компьютер-1834328/.