Práce a výkon STEJNOSMĚRNÉHO PROUDU

Prezentace na téma: "Práce a výkon STEJNOSMĚRNÉHO PROUDU"— Transkript prezentace:

1 Práce a výkon STEJNOSMĚRNÉHO PROUDU

2 1J - práce, kterou vykoná síla 1N působením na dráze 1m
Příklad konání práce: Jeřáb zvedá náklad, přenášíme knihy, vzpěrač zdvihá činku,                      malíř táhne štětcem, zedník veze cihly, apod. Příklad, kdy není konána práce:  stojíme a držíme nákup v ruce - není dráha kulička se kutálí po stole - pohyb bez působící síly - setrvačnost Práce a kladky : Při použití kladek se práce neušetří (je stejná), můžeme si ji však ulehčit - menší síla, vlastní "váha". Práce a výkon

3 Práce a výkon Při konání práce se elektrická energie pole mění na jiný druh energie, například na: Světelnou ve světelných spotřebičích Tepelnou v elektrotepelných spotřebičích Mechanickou v elektrických strojích Práce a výkon

4 Výkon je veličina charakterizující jak rychle byla práce vykonána
Práce a výkon

5 Práce a výkon

6 (Opakování pojmů) Práce a energie, výkon
Výkon P (Watt) (jednotka ( W=J/ s ) Výkon P je práce vykonaná (spotřebovaná) za jednotku času. [P] = W (watt) = J  s–1 = kg  m2  s–3. Tato veličina vyjadřuje rychlost, s jakou se vykonává práce – ukazuje rozdíl mezi dvěma stroji, které sice vykonají stejnou práci, ale každému to trvá jinou dobu. Výhodnější je určitě ten, který práci vykoná dříve. Mechanická práce W, jednotka ( Joul) Práci 1 J vykonáme, když silou 1 N působíme po dráze 1 m, přičemž síla je rovnoběžná..Práce charakterizuje děj, při němž nastává přeměna nebo přenos energie. Pohybuje-li se těleso působením síly, koná se mechanická Mechanická práce se koná, když se po podlaze tlačí bedna nebo táhne vozík, nebo když se zvedá nějaké těleso do výšky. Práci lze vyjádřit vztahem W = P  t  jednotky 1 Ws = 1 J (wattsekunda) 1 kWh = 3,6  106 J (kilowatthodina) Energie E Energie je schopnost tělesa konat práci . Energie charakterizuje stav soustavy, je to stavová veličina. Energie se nemůže ani ztratit, ani vzniknout z ničeho. Její celková velikost pro izolovanou soustavu je konstantní. Celková energie izolované soustavy je rovna součtu všech forem energií přítomných v soustavě.

7 James Watt jednotka el. výkonu W-( Watt)
              19. 1.   8. 1819 Watt mechanik V Londýně, kam odešel v 19 letech, a Glasgowě se James Watt vyučil jemným mechanikem. Ve svých 21 letech se stal Watt na univerzitě v Glasgow univerzitním mechanikem.                             Parní stroj V roce 1763 byl Watt požádán, aby opravil parní stroj (jednalo se o jeden z prvních parních strojů, nazývaný Newcomen engine). Tehdejší parní stroje byly nevýkonné a tak se James Watt rozhodl a sestrojil parní stroj - vlastní vylepšený model. Od roku 1769 se James Watt věnoval stavbě a zlepšování svých parních strojů a také dalším vynálezům.

8 Převodní tabulky jiných veličin výkonu
Jednotka Zkr. Koeficient Poznámka 1 watt W 1 Výkon 1 wattu je vykonán je-li práce 1 joulu vykonána za 1 sekundu. Je to odvozená jednotka SI (m2.kg.s-3). Skotský inženýr James Watt ( ). 1 kilowatt kW 1000 Kilowatt je násobek jednotky. 1 kilopond metr za sekundu kp·m/s 9,80665 Jednotka používaná (povolená) do 1kůň ks 735,499 Nazývá se také metrický kůň. Je znám pod názvy: anglicky: metric horsepower HP, francouzsky: cheval vapeur, německy: pferdestärke.

9 Práce W a výkon P Při přemísťování náboje v el. poli po nějaké dráze se koná práce, která se vypočte dle vztahu: El. proud je definován jako náboj, který projde vodičem za určitý čas, co matematicky vyjádřeno zní: Práce a výkon

10 Práce W a výkon P Jistě jste si už ve svém životě všimli, že určitou práci lze vykonat rychleji nebo pomaleji. Veličina, která vyjadřuje práci vykonanou za nějaký čas, se nazývá výkon a značíme ho písmenem P. Pokud tedy za určitý časový interval t se vykoná určitá práce W, je výkon dán vztahem: Práce a výkon

11 Práce a výkon : Watt [W] – podle vynálezce parního stroje J.Watta
Vyjádřeme si jednotku výkonu pomocí jednotek elektrických veličin: Práce a výkon

12 Práce a výkon Nyní dosaďme do vztahu pro výkon Ohmův zákon:
Připomenutí Ohmova zákona: Práce a výkon

13 Práce a výkon Ze svých domovů víme, že odebranou el. energii měříme v kWh (kilowatthodinách), jak je to možné? Z toho plyne rovnost: Práce a výkon

14 Práce a výkon 1 Joule [J] Dosaďme: Definice el. práce:
Elektrická práce, kterou za určitý čas vykoná ustálený stejnosměrný elektrický proud mezi dvěma místy, je dána součinem elektrického proudu, napětí mezi těmito dvěma místy a času, během něhož proud prochází. Jednotka práce: 1 Joule [J] Práce a výkon

15

16 SHRNUTÍ OPAKOVÁNÍ Práce a výkon

17 Elektrický výkon, příkon, účinnost
El. výkon: je definovaný jako práce, vykonaná za jednotku času a vypočítá se ze vztahu P = W / t. Proto můžeme výkon stálého proudu vyjádřit: P = U.I S použitím Ohmova zákona můžeme výkon proudu vypočítat také ze vzorců: P = R.I2   nebo   P = U2 / R Příkon spotřebiče Po je práce dodaná zdrojem za jednotku času Výkon spotřebiče P je práce vykonaná tímto spotřebičem za jednotku času

18 Elektrická práce W - energie
Prochází-li obvodem stálý proud, vykonají síly elektrického pole práci, kterou nazýváme elektrická práce (energie): W = U.I.t ( J;V,A,s) W - elektrická práce (jednotka J) kde 1 J = 1 Ws (wattsekunda ) , prakticky je užívána 1 kWh= Ws U - napětí, připojené ke spotřebiči (jednotka V) I - proud procházející spotřebičem (jednotka A) R - odpor spotřebiče (jednotka   ) t - doba, po kterou prochází proud (jednotka s)

19 Elektrická práce W (jiná vyjádření )
Z Ohmova zákona můžeme proud vyjádřit pomocí napětí a odporu I = U/R, napětí můžeme vyjádřit pomocí proudu a odporu U = I.R. Elektrickou práci (energii) můžeme proto dosazením do základního vztahu vypočítat také ze vzorců: W = R.I2.t   nebo   W = U2.t / R

20 Účinnost elektrického zařízení ( -éta)
Účinnost elektrického zařízení   (éta) se vypočítá jako podíl výkonu a příkonu: P - výkon (jednotka W) Po - příkon (jednotka W)   - účinnost (bezrozměrné číslo,vždy menší než jedna - nemá jednotku, často se vyjadřuje v procentech, např. účinnost 0,6 = 60 %)

21 Perpetum mobile Práce a výkon

22 Účinnost elektrických zařízení v praxi
mechanická - elektromotory (účinnost přes 90%) teplo - tepelné spotřebiče, chladničky (účinnost přes 90%) elektrická - transformátory, usměrňovače, měniče (účinnost až 98%) zářivá - žárovky (účinnost do 8%), zářivky a výbojky (účinnost až 40%) chemická - galvanické články, elektrolýza (účinnost kolem 90%) jaderná - urychlovače částic (účinnost asi 50%)

23 Kilovatthodiny ( kWh ) W = P.t
Práci můžeme vyjádřit pomocí výkonu vztahem W = P.t a odtud plyne, že pro jednotku práce J platí: 1 J = 1 Ws (wattsekunda) 1 v praxi 1 = 1000 Wh V praxi se používají násobky této jednotky (watthodiny, kilowatthodiny apod.). V kilowatthodinách udávají spotřebovanou elektrickou energii elektroměry v našich domácnostech. 1 Wh = 3600 Ws = 3600 J 1 kWh = = 1000 Wh = Ws = J

24 Práce a výkon Je-li tedy 1J=1Ws, pak pro kWh platí:

25 PŘÍKLADY Práce a výkon

26 Práce a výkon Platí tedy následující rovnosti: Práce a výkon

27 Příklad 1: Práce a výkon Kolik korun měsíčně zaplatíme za svícení 100W žárovkou, pokud touto žárovkou svítíme denně 5 hodin (uvažujme 30-ti denní měsíc). 1kWh stojí 3,50Kč.

28 Příklad 2 -práce a výkon –
Jak velký proud I (A) odebírá el. varná konvice s deklarovaným výkonem 2100W při napětí 230V? Kolik Kč zaplatíme za 10 min provozu této konvice za el. energii při ceně 3,50Kč za 1kWh?

29 Perpetum mobile? Práce a výkon