Ako závisí výkon na napätí a prúde

Vypracoval(a): Mgr. Monika Andrejovská

reklama

 

Pokus 1: Žiarovky zapojené sériovo (za sebou)

Zapojte do obvodu jednu žiarovku, ktorá potrebuje napätie 3 V a prúd 0,2 A.

 

 

Zapojte do obvodu druhú žiarovku sériovo (za sebou) k prvej a opíšte ako svietia. Viete vysvetliť prečo? (Spomeňte si, čo sa nemení v obvode, a čo sa rozdeľuje na žiarovky pri sériovom zapojení, či prúd alebo napätie.)

Čo môžete zmeniť v sériovom obvode, napätie, alebo prúd, aby svietila každá žiarovka tak jasno, ako keď bola zapojená sama?

 

 

 

Zistenie:

Pri sériovom zapojení žiaroviek prechádza obvodom rovnaký prúd, ale napätie sa rozdelilo na dve žiarovky - žiarovky svietia menej jasno. Musíme zdvojnásobiť napätie zdroja, aby svietili jasno.

 

Dve žiarovky za sebou potrebujú dvojnásobné napätie a rovnaký prúd. Majú dvojnásobný výkon (svietia spolu jasnejšie ako jedna).

Aj jedna žiarovka na dvojnásobné napätie a rovnaký prúd má dvojnásobný výkon.

 

Keď je prúd rovnaký platí: Koľkokrát zväčšíme napätie, toľkokrát sa zväčší výkon.

 

Myšlienkový pokus 2: Žiarovky zapojené paralelne (vedľa seba)

Jedna žiarovka v obvode potrebuje napätie 3 V a prúd 0,2 A.

Do obvodu zapojíme aj druhú žiarovku paralelne (vedľa seba) k prvej. Ako predpokladáte, že budú svietiť? Viete vysvetliť prečo? (Spomeňte si, čo sa nemení v obvode, a čo sa rozdeľuje na žiarovky pri paralelnom zapojení, či prúd alebo napätie.)

 

 

Zistenie:

Pri paralelnom zapojení žiaroviek je na oboch žiarovkách rovnaké napätie, ale prúd sa rozdelil na dve žiarovky, preto musíme zdvojnásobiť prúd.

 

 

Dve žiarovky vedľa seba potrebujú rovnaké napätie a dvojnásobný prúd. Majú dvojnásobný výkon (svietia spolu jasnejšie ako jedna).

Aj jedna žiarovka na rovnaké napätie a dvojnásobný prúd má dvojnásobný výkon.

 

Pri rovnakom napätí platí: Koľkokrát zväčšíme prúd, toľkokrát sa zväčší výkon.

 

Vzťah medzi P,U a I

Keď spotrebičom prechádza prúd 1 A pri napätí 1 V, je jeho výkon 1 W.

Koľko krát väčší prúd, toľko krát väčší výkon. Keď spotrebičom prechádza prúd 5 A pri napätí 1V, potom je jeho výkon 5 W.

Koľko krát väčšie napätie, toľko krát väčší výkon. Keď teda spotrebičom prechádza prúd 5 A pri napätí 10 V, potom je jeho výkon 50 W.

Výkon elektrického prúdu vypočítame takto:

 

výkon = napätie . prúd

P = U . I

[W] = [V] . [A]

 

Príklad 1

 

Špirálou variča prechádza prúd 5 A. Napätie medzi vývodmi špirály je 230 V. Aký je príkon variča?

 

Riešenie:

I = 5 A

U = 230 V

P = ? [W]

P = U . I = 230 V . 5 A = 1 150 W

 

Odpoveď: Príkon variča je 1 150 W.

To znamená, že za každú sekundu vznikne vo variči teplo 1 150 J = 1,15 kJ.

Všetka elektrická energia, ktorú varič odoberie zo siete, sa premení na teplo. To prejde do hrnca s polievkou aj do okolia.

Keď vieme, koľko energie odoberie varič za 1 s, ľahko vypočítame, koľko tepla v ňom vznikne za určitý čas.

 

Príklad 2

 

Koľko tepla vznikne za 5 minút vo variči z príkladu 1?

Riešenie:

P = 1 150 W

t = 5 min = 5 .60 s = 300 s

Q = P . t = 1 150 W . 300 s = 345 000 J = 345 kJ

Odpoveď: Za 5 minút vznikne vo variči teplo 345 kJ.

 

Príklad 3

Elektrická rúra má príkon 3 000 W. Môžeme ju zapojiť do zásuvky, ktorá je istená na 10 A?

 

 

Riešenie:

P = 3 000 W

Imax = 10 A

U = 230 V

P = U. I

I = P / U = 3 000 W / 230 V = 13,043 A > 10 A

Odpoveď: Rúru nemôžem zapojiť do zásuvky, vyhodila by istič a nefungovala by.

 

Príklad 4

Vodič štartoval osobné auto po dobu 5 s. Štartér za tú dobu vykonal prácu 7 kJ a odobral pri tom z akumulátora prúd 180 A. Aká je účinnosť štartéra, ak v osobných autách je napätie akumulátora 12 V?

 

Riešenie:

Ak chceme vypočítať účinnosť, musíme poznať výkon P štartéra a jeho príkon P₀.

t = 5 s

W = 7 kJ = 7 000 J

I = 180 A

U = 12 V

η = ? %

príkon P₀ = U . I = 12 V . 180 A = 2 160 W

výkon P = W / t = 7 000 J / 5 s = 1 400 W

účinnosť η = P / P₀= 1 400 W / 2 160 W = 0,648 = 0,65 = 65 %

Účinnosť štartéra je približne 65 %.

Samostatná práca:

A) Vypočítajte, aký prúd prechádza vysávačom s príkonom 1,3 kW, pri napätí 230 V. [5,6 A]

B ) Elektrický žeriav zdvihol za 2 s bremeno s hmotnosťou 1 500 kg o 1 m. Aký bol jeho výkon? Jeho elektromotorom prechádzal pri tom prúd 25 A pri napätí 400 V. Aký bol jeho príkon? Akú účinnosť má motor žeriava? [P = 7 500 W, P₀ = 10 000 W, η = 0,75 = 75 %]

 

Zopakujte si:
1. Čo sa rozdelí na žiarovky pri sériovom zapojení žiaroviek, napätie alebo prúd?
2. Ako zväčšíme výkon, keď je rovnaký prúd?
3. Špirálou žehličky prechádza prúd 6 A a je pripojená na napätie 230 V. Aký je jej príkon?
4. Akú účinnosť má žehlička z úlohy 3, keď jej výkon je 1311 W?

Použitá literatúra:
Fyzika 8 pre základné školy a viacročné gymnázia, Martin Macháček

Zdroje obrazkov:
Fyzika 8 pre základné školy a viacročné gymnázia, Martin Macháček
http://sst2011-s204sci.blogspot.sk/
http://lvp.lockyersmid.dorset.sch.uk/pluginfile.php/3230/mod_resource/content/0/content/html/portal_ks2science/pg000063.htm
http://www.domaci-spotrebice.com/varic-elektricky-jednoplotynkovy-concept-ve-2010.html
http://www.itsk.sk/ebt-7431-samostat-elektricka-rura-amica_d101216.html
http://podkapotou.zoznam.sk/cl/1000618/1331216/-Odisla--vam-baterka--Mozno-je-len-vybita