fizika za osnovce
Rad i snaga električne struje
Sila vrši rad u dva slučaja:
-
kada menja oblik tela i
-
kada menja položaj tela.
Električna struja je usmoereno kretanje naelektrisanih čestica pod dejstvom električnog polja. Kada se u provodniku uspostavi električno polje na naelektrisane čestice u njemu počne da deluje električna sila što dovori do kretanja svih naelektrisanih čestica i istom smer tj. do njihovog pomeranja, pa samim tim i vršenja rada.
Taj rad može da se izračuna po formuli
ali ta formula nije podesna za korišćenje, zato se korišćenjem formule
i zamenom u prvu formulu dobija:
Rad električne struje je jednak proizvodu napona na krajevima provodnika, jačine struje koja prolazi kroz njega i vremena proticanja.
Snaga je fizička veličina koja predstavlja brzinu vršenja rada i izražava se u vatima [W]. Ona se definiše kao količnik izvršenog rada i vremena potrebnog da se taj rad izvrši:
Ako u prethodnoj formuli rad zamenimo odgovarajućim obrascem (A=UIt) posle skraćivanja dobijamo:
Snaga električne struje je jednaka proizvodu napona i jačine struje.
Rad se može shvatiti i kao mera promene energije tj. da izvršeni rad predstavlja meru utroška energije, pa je utrošena električna energija jednaka izvršenom radu električne struje.
(ovo znači da u svakoj formuli koja je do sad napisana umesto rada A može da se napiše energija E)
Prilikom proticanje električne struje kroz provodnik on se zagreva tj. u njemu se oslobađa neka količina toplote Q [J]. Ta količina toplote je jednaka izvršenom radu:
Ako iz omovog zakona izrazimo napon, ubacimo u prethodnu jednačinu posle malo sređivanja izraza se dobija:
Poslednja formula predstavlja Džul - Lencov zakon koji glasi: Količina toplote koja se oslobodi u provodniku usled proticanja električne struje srazmerna je otpornosti provodnika, kvadratu jačine električne struje i vremenu proticanja.
Pošto je i količina toplote jednaka izvršenom radu električne struje u svim obrascima u kojima se pojavljuje rad A, može se pisati količina toplote Q tj. Q = A = E.
Najveći deo električne struje dobijamo iz gradske mreže. Kao i svaku drugu robu električnu struju treba platiti. Šta mi ustvari plaćamo? Naplaćuje se utrošena električna energija i to za period od mesec dana. Jedinica mere kojom se izražava energija u SI sistemu je džul [J]. Međutim, džul je mala jedinica za iskazivanje utrošene električne energije naročito za dugače periode. Na primer, d bi bojler u kupatilu zagrejao vodu on utroši oko 2 500 000 J energije. Prilično veliki broj. Zamislite onda kolim brojem bi se izrazila potrošena električna energija u domaćinstvu za mesec dana! Zato se za utrošenu električnu energiju koristi jedinica mere koja se zove kilovat-čas [kWh].
Elektrilčna energija izražena u kilovat-časovima se može dobiti na dva načina:
-
U obrazac se umesto snage u vatima [w] koristi snaga u kilovatima [kW],a umesto vremena u sekundama [s] se koristi vreme u časovima[h]
-
korišćenjem veze 1kWh = 3 600 000 J.
Iznos koji treba da se plati za utrošenu električnu energiju se dobija tako što se iznos utrošene električne energije pomnoži sa cenom koštanja jednog kilovat-časa.