Электричество шаг за шагом - [38]

Если не бояться строгих критиков, то можно сказать, что энергия — как деньги: она может храниться в кошельке; может в магазине превращаться в модные кроссовки или в пирожки с капустой; может возвращаться к вам, когда кассир выплачивает вам заработную плату за отданные родному производству силы и время.

Запасы энергии, её расход или увеличение, её количественные соотношения при переходе из одного вида в другой, затраты энергии на какую-либо работу — всё это измеряется в джоулях, как и сама работа.

Т-50. Единица мощности — ватт (Вт). Если кто-либо предложит вам электрический генератор и сообщит, что, накопив заряды на электродах, генератор может выполнить работу в 1 джоуль, то этой информации будет совершенно недостаточно, чтобы оценить предложение. За сколько времени генератор выдаёт этот джоуль? Если за секунду — неплохо, если за сотую долю секунды — ещё лучше, это значит, что генератор работает энергичнее, он быстрее поставляет заряды в электрическую цепь и может обеспечить в итоге более сильный ток. А если 1 джоуль энергии генератор выдаёт за месяц, то, значит, он работает чрезвычайно слабо, вяло и значительного тока в цепи обеспечить не сможет.

То же самое надо иметь в виду при оценке потребителей энергии. Если, например, известно, что ток, работающий в электрической лампочке, превращает в свет 100 джоулей энергии, то вы не сможете представить себе яркость лампочки. Чтобы оценить её, вам нужно ответить на тот же вопрос: «За сколько времени?», то есть вам нужно знать, за сколько времени выполняется эта работа. Если за секунду — хорошо, такая лампочка светит очень ярко. Если нужная нам работа в 100 джоулей растянута на минуту, то лампочка светит достаточно тускло. Ну а если ток, превращая в лампочке свою энергию в свет, выдаёт 100 джоулей света за час, то это уже не электрическая лампочка, а одинокий тлеющий уголёк.

ВК-61.Существует некоторая терминологическая путаница — словом «нагрузка» называют само сопротивление нагрузки R_н и также процесс отбора мощности от генератора. Поэтому надо помнить, что чем меньше сопротивление нагрузки R_н, тем больше нагрузка на генератор — больше получаемый от него ток и, следовательно, потребляемая от генератора мощность. А выражение: «Увеличили сопротивление нагрузки» означает, что нагрузка на генератор уменьшилась, потребляемая мощность стала меньше.

Вывод из всего сказанного очень простой: нужна ещё одна характеристика, которая расскажет о том, какая выполняется работа, но не вообще, а за единицу времени. Эта характеристика называется мощность, и используется она очень широко: представляя новый автомобиль, называют мощность двигателя, потребляемая мощность всегда указана в проспекте обогревателя или пылесоса и даже физиологи оценивают тепловую мощность, излучаемую поверхностью нашего тела.

В системе СИ единица мощности — ватт (Вт), это работа в 1 джоуль, выполненная за 1 секунду, что можно коротко записать так: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Если работа в 1 джоуль выполняется за 2 секунды, то мощность уже меньше — всего 0,5 ватта. А если работа в 1 джоуль выполняется за 0,1 секунды, то мощность составляет 10 ватт. Одним словом, если известно, какая работа была выполнена и за какое время, то можно легко подсчитать мощность. Единица мощности названа именем изобретателя паровых двигателей Джеймса Уатта (1736–1819) первая английская буква W его фамилии Watt в русском языке иногда представлена русской буквой В, а иногда буквой У).

Приведём ещё пару примеров, иллюстрирующих единицу мощности ватт. Если насос, подкачивая воздух в аквариум, за 5 секунд выполнил работу 80 джоулей, то за 1 секунду он наработал 16 джоулей, и мощность насоса 16 ватт (80 Дж: 5 с = 16 Дж/с = 16 Вт). Точно так же можно подсчитать производимую или потребляемую энергию. Если электрический камин за минуту выделяет 18 000 джоулей тепла, то тепловая мощность этого камина равна 300 ватт (18 000 Дж: 60 с = 300 Дж/с = 300 Вт).

ВК-62.Электродвижущую силу Е генератора можно измерить, если к нему не подключена нагрузка. Потому что у любого генератора при подключённой нагрузке часть э. д.с. теряется в нём самом. Такие потери отображают в виде условного внутреннего сопротивления R_{внт. г} генератора, на этом сопротивлении и теряется часть э.д.с. (внутреннее напряжение U_{внт. г}), а на зажимах (на выходе) генератора действует оставшаяся часть электродвижущей силы — выходное напряжение генератора U_г.

Т-51. Иногда работу или энергию указывают не в джоулях, а в ватт-секундах или киловатт-часах. Получив очередной счёт от вашей электрической компании, вы обнаружите, что израсходованная вами электроэнергия указана не в джоулях, а в неизвестных нам пока единицах киловатт-час. Но это не какая-нибудь новая единица энергии, а всего лишь иное представление уже знакомых джоулей. Если какой-нибудь прибор работал 1 с, имея мощность 1 Вт, то за 1 с он выполнил работу 1 Дж. Это значит, что 1 Дж = 1 Вт∙1 с, или, как иногда записывают, 1 Дж = 1 Вт-с. Вспомним, что 1000 Вт = 1 кВт (киловатт) и 3600 с = 1 ч. Отсюда получается, что при мощности 1 кВт = 1000 Вт в течение 3600 с = 1 ч потребляется энергия 3 600 000 Вт-с, или, что то же самое, 1 кВт∙-ч. Единицей киловатт-час пользуются вместо джоулей в тех случаях, когда это упрощает расчёты. Так, скажем, если известно, что мощность, потребляемая из сети вашим телевизором, 200 Вт (это 0,2 кВт), то можно очень просто подсчитать, что за 10 часов он возьмёт из сети 2 кВт∙ч электрической энергии.