Z tego filmu dowiesz się:

  • jak rozumieć pojęcie pracy i mocy prądu elektrycznego wraz z ich jednostkami,
  • jak przeliczać energię elektryczną wyrażoną w kilowatogodzinach na dżule i odwrotnie,
  • w jakie formy energii może być zmieniona energia elektryczna,
  • jakie są źródła energii elektrycznej i jej odbiorniki.

Podstawa programowa

Pobieranie materiałów

wideo ekran podsumowujący napisy

Licencja: cc-by-nc-sa.svg

Poniższe materiały są udostępnione na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.pl). Możesz je wykorzystywać wyłącznie jako całość, bez rozdzielania ich na indywidualne elementy składowe. Zabronione jest wycinanie, pobieranie, modyfikowanie, edytowanie i zmienianie elementów składowych (np. grafik, tekstów, dźwięków, logotypów). Licencja CC BY-NC-SA 4.0 nie obejmuje wykorzystywania elementów składowych w utworach pochodnych. Jeśli chcesz wykorzystać ten materiał w swoim niekomercyjnym projekcie, nie zapomnij wymienić jego autorów: Pi-stacja / Katalyst Education.

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.

Jeśli lubisz podjadać podczas oglądania telewizji czy kinowych seansów ale martwisz się jak to wpływa na twoją sylwetkę mam dla Ciebie świetne rozwiązanie. To kino na rowerze. Energia mechaniczna dynama zamieniana jest tu na elektryczną która zasila odbiornik telewizor lub projektor. Wystarczy usiąść na rowerze i pedałować. Rozwiązanie idealne. Możesz poszerzać swoją filmową wiedzę i jednocześnie dbać o kondycję. Ewentualnie objadać się popcornem lub chipsami bez uszczerbku dla figury. Na ile chipsów możesz sobie pozwolić aby kalorycznie wyjść na zero na takim aktywnym seansie? Odpowiedź na to pytanie znajdziesz na końcu tego filmu. Wokół siebie masz mnóstwo urządzeń działających na prąd. Gdy się rozejrzysz chociażby po kuchni zobaczysz lodówkę, mikser a może także ekspres do kawy czy czajnik elektryczny. Jedne, na przykład mikser energię tę zamienią w większości na pracę. Inne jak czajnik elektryczny głównie na energię cieplną. W obu jednak przypadkach energia jest im przekazywana w formie pracy. Pracy prądu elektrycznego. I to o niej sobie opowiemy. W innym filmie tej playlisty wyjaśniliśmy sobie pojęcie napięcia. Mówiliśmy o pracy związanej z jego wytworzeniem a za przykład podaliśmy napięcie między pseudokibicami dwóch przeciwnych drużyn i pracę jaką musi wykonać ochrona stadionu aby ich rozdzielić. W ten sposób otrzymaliśmy wzór na napięcie które jest równe stosunkowi pracy wykonanej przy przesunięciu ładunku do wartości tego ładunku. U równa się W przez q Energia tych dwóch grup oraz naszych ładunków wzrosła o wartość włożonej w ich rozdzielenie pracy. W równa się delta E Taka zgromadzona energia może zostać uwolniona. I może sama wykonać pewną pracę na przykład napędzi końcówki w naszym mikserze. Praca jest sposobem na przekazanie energii jednego ciała drugiemu. Energia prądu związana z ruchem ładunków zamienia się w energię mechaniczną związaną z obrotem końcówek miksera które również wykonują pracę równą ilości otrzymanej energii. Pamiętasz wzór na napięcie? Przekształcając go otrzymamy W równa się U razy q. W przekształceniu możesz wykorzystać poznaną w innych filmach o prądzie piramidkę. Dzięki niemu obliczymy pracę jaką wykonał prąd lub innymi słowy ilość energii elektrycznej jaką zużyliśmy czyli jaką prąd przekazał mikserowi. Delta E równa się U razy q. Jeśli pominiemy straty energii to wzór ten pozwala nam obliczyć także pracę miksera. Jednak chcąc obliczyć jego pracę nie wiemy jaki ładunek przez niego przepłynął. Znamy za to najczęściej napięcie i natężenie prądu. Możemy więc skorzystać ze wzoru na natężenie: I równa się q przez t. Po przepuszczeniu go przez naszą piramidkę otrzymujemy q równa się I razy t . Możemy teraz we wzorze na pracę zastąpić ładunek wyrażeniem I razy t. Otrzymujemy W równa się U razy I razy t. Teraz możemy już obliczyć pracę prądu lub ilość zużytej energii elektrycznej. Przećwiczmy to w zadaniu. Obliczmy, jaką ilość energii elektrycznej zużyje urządzenie pracujące 5 minut jeśli podłączone jest ono do prądu o napięciu 230 woltów. A natężenie prądu płynącego przez to urządzenie wynosi 4 ampery. W zadaniu mamy podany czas. t równa się 5 minut. Musimy go zamienić na sekundy ponieważ jest to jednostka podstawowa. 5 razy 60 sekund to 300 sekund. Dane są też napięcie. U równa się 230 woltów. I natężenie. I równa się 4 ampery. Pytają nas o ilość energii więc we wzorze zamiast dwóch zapisujemy delta E. 230 woltów razy 4 ampery i razy 300 sekund daje nam 276 000 dżuli energii. Jak widzisz, wyszła nam spora liczba więc warto ją zamienić na kilodżule. Jest jeszcze inna jednostka energii którą pewnie znasz z rachunków za prąd. To kilowatogodzina. Ale o niej powiem Ci nieco później. Teraz opowiem Ci trochę o innej wielkości fizycznej—mocy. Mówiliśmy o niej w filmach o energii mechanicznej. Jest to ilość pracy wykonana w jednostce czasu. Innymi słowy, jeśli ktoś lub coś wykona daną pracę w krótkim czasie to ma dużą moc a jeśli zajmie mu to dłużej to jego moc jest niewielka. O ile oczywiście długość czasu pracy nie wiązała się z licznymi przerwami na zbijanie bąków. Jednostką mocy jest wat czyli ilość pracy w dżulach wykonanej w ciągu sekundy. Mówiąc o mocy prądu, mamy na myśli moc danego urządzenia zasilanego energią elektryczną. Możemy mieć na przykład odkurzacz o mocy 1500 watów lub 2000 watów. Ten drugi, wykona pracę w krótszym czasie niż pierwszy bo dzięki większej mocy ma silniejsze ssanie. Jest to pewne uproszczenie, bo dużo zależy od konstrukcji silnika. Większe zużycie prądu nie gwarantuje lepszych efektów odkurzania bo część energii może być marnowana na przykład na grzanie silnika. Wiemy już, że pracę prądu możemy obliczyć ze wzoru W równa się U razy I razy t. Wzór na moc, który znasz z działu o energii mechanicznej ma postać P równa się W przez t. Podstawiając do niego w miejsce W wzór na pracę prądu, otrzymujemy: P równa się U razy I razy t przez t. Możemy teraz skrócić t i otrzymujemy wzór na moc. P równa się U razy I. Czas na kolejne zadanie. Żarówka o mocy 4 watów jest podłączona do napięcia 3 woltów. Obliczmy natężenie prądu płynącego przez tę żarówkę. W zadaniu mamy podaną moc żarówki P równa się 4 waty. Oraz napięcie prądu. U równa się 3 wolty. Szukamy natężenia. Wzór P równa się U razy I musimy więc przekształcić dzieląc obustronnie przez U. Otrzymujemy I równa się P przez U. Po podstawieniu otrzymujemy: I równa się 4 waty przez 3 wolty co daje nam w przybliżeniu 1,3 ampera. Wróćmy jeszcze do jednostek w jakich wyrażamy zużycie energii elektrycznej. Wspominaliśmy, że elektrownia wystawiając rachunek zużycie prądu podaje w kilowatogodzinach. Jedna kilowatogodzina to ilość energii elektrycznej, jaką zużywa urządzenie o mocy jednego kilowata w ciągu jednej godziny. Jak ta jednostka ma się do jednostki podstawowej, czyli dżula? Wiesz już, że 1 wat to moc która odpowiada pracy jednego dżula wykonanej w ciągu jednej sekundy. Czyli 1 wat to 1 dżul przez jedną sekundę. Wynika z tego, że dżul to wat razy sekunda. Aby więc zamienić kilowatogodziny na dżule musimy zamienić kilowaty na waty a godziny na sekundy. 1 kilowat to 1000 watów a jedna godzina to 3600 sekund. Na przykład 23 kilowatogodziny to 23 razy 1000 watów razy 3600 sekund czyli 82 800 000 dżuli, albo inaczej 82,8 megadżula. Zamiana ogarnięta, ale pozostaje pytanie po co właściwie stosujemy taką dziwną jednostkę? Dlaczego nie pozostać przy dżulach ewentualnie przy dużej ilości zer przy kilo albo megadżulach? Ano dlatego, że jeśli powiem Ci że zużywasz 7,2 megadżula energii to niewiele Ci to powie. Jeśli jednak zamiast tego powiem że zużycie wyniosło dwie kilowatogodziny to łatwiej zorientujesz się że to zużycie jakie wygenerował na przykład odkurzacz o mocy 2000 watów, czyli dwóch kilowatów w ciągu jednej godziny sprzątania. Wracamy do kina. Urządzenia niezbędne do obejrzenia filmu mają moc około 1500 watów. Załóżmy, że obejrzeliśmy film który trwał półtorej godziny. Obliczmy ile kalorii spaliliśmy dostarczając odbiornikowi niezbędnej energii elektrycznej i zakładając że cała energia mechaniczna zostanie zamieniona na elektryczną. Aby dowiedzieć się jaką energię przekazaliśmy musimy tylko obliczyć ile energii elektrycznej zużyto podczas seansu. Może ten pierwszy krok zrobisz samodzielnie? Udało się? Sprawdźmy. Moc urządzenia to 1500 watów czyli 1,5 kilowata. Czas to 1,5 godziny. Aby obliczyć ilość zużytej energii musimy pomnożyć moc urządzenia przez czas jego pracy. Delta E równa się P razy t. 1,5 kilowata razy 1,5 godziny co daje nam 2,25 kilowatogodziny. Lub po zamianie jednostek 8 100 000 dżuli. Jedna kaloria to około 4,2 dżula. Możemy tu więc ułożyć proporcję. Mnożąc na krzyż otrzymujemy 4,2x równa się 8 100 000. Teraz dzielimy obustronnie przez 4,2 i otrzymujemy x równy 1 928 571 kalorii. Na co dzień jednak częściej od kalorii używa się kilokalorii. Musimy więc nasz wynik podzielić przez 1000. Otrzymujemy 1928,6 kilokalorii. Całkiem pokaźny wynik. To równowartość całodniowego choć dietetycznego wyżywienia. Jednej dużej i wypasionej albo dwóch średnich pizz albo jakiś sześciu paczek chipsów. Chodzi o te standardowe nie rozmiarów XXL. Pracę prądu elektrycznego można obliczyć mnożąc napięcie przez natężenie i czas przepływu prądu. W równa się U razy I razy t. Jednostką prądu elektrycznego jest dżul. Moc prądu obliczamy mnożąc napięcie przez natężenie. P równa się U razy I. Jednostką mocy jest wat. Ilość zużytej energii elektrycznej zazwyczaj wyrażamy w kilowatogodzinach. Jedna kilowatogodzina to 3 600 000 dżuli czyli 3,6 megadżula. Ten film wymagał sporo pracy zwłaszcza umysłowej. Ale mam nadzieję, że ma niezłą moc. Po więcej fizycznej wiedzy i nie tylko zapraszam na naszą pistacjową stronę.

Lista wszystkich autorów

Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Materiały: Dobrawa Szlachcikowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Napisy: Klaudia Abdeltawab, Татьяна Кравец

Animacja: Patrycja Ostrowska

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński

Produkcja:

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie:

freepik (Licencja Freepik)
freepik (Licencja Freepik)
freepik (Licencja Freepik)
Michal Jarmoluk (Domena publiczna)
krzys16 (Licencja Pixabay)
Coverr-Free-Footage (Licencja Pixabay)
sutulo (Licencja Pixabay)
Emilioamador16 (Licencja Pixabay)
cottonbro (Licencja Pexels)
NickyPe (Licencja Pixabay)
klimkin (Licencja Pixabay)
GDJ (Licencja Pixabay)
Pressmaster (Licencja Pexels)
NadiaBhatti (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
cottonbro (Licencja Pexels)
mohamed_hassan (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Sgbeer (CC BY-SA)
Solomon203 (CC BY-SA)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
MostafaElTurkey36 (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
PhET Simulations, University of Colorado at Boulder (CC BY)

Licencja:

Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej

cc-by-nc-sa.svg