WATT YASASI: NEDIR, ÖRNEKLER, UYGULAMALAR - FIZIKSEL - 2025

Watt kanunu elektrik devreleri ve elektrik P, bir devre elemanı ile birlikte bu kurar uygulanır, devrenin besleme gerilimi V ve bunun içinden akan akım I arasındaki ürün ile doğru orantılıdır.

Elektrik gücü çok önemli bir kavramdır, çünkü bir elementin elektrik enerjisini başka bir enerji biçimine ne kadar hızlı dönüştürdüğünü gösterir. Matematiksel olarak Watt yasasının verilen tanımı şu şekilde ifade edilir:

Şekil 1. Elektrik gücü, elektrik enerjisinin ne kadar hızlı dönüştürüldüğünü gösterir. Kaynak: Pixabay

Uluslararası Birimler Sisteminde (SI), güç birimi watt olarak adlandırılır ve sanayi devrimine öncülük eden İskoç bir mühendis olan James Watt'ın (1736-1819) onuruna W olarak kısaltılır. Güç birim zamanda enerji olduğu için, 1 W 1 joule / saniyeye eşittir.

Hepimiz bir şekilde elektrik gücü kavramına aşinayız. Örneğin, diğerlerinin yanı sıra ampuller, elektrikli brülörler veya buzdolapları dahil olmak üzere, yaygın olarak kullanılan ev tipi elektrikli cihazların gücü her zaman belirtilmiştir.

Watt kanunu ve devre elemanları

Watt yasası, farklı davranışa sahip devre elemanları için geçerlidir. Pil, direnç veya başka bir şey olabilir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi , elemanın uçları ile A'dan B'ye doğru akan akım arasında bir V _B - V _A = V _AB potansiyel farkı oluşturulur :

Şekil 2. Potansiyel farkın oluşturulduğu bir devre elemanı. Kaynak: F. Zapata.

Çok kısa bir sürede dt, belirli bir miktar dq yükü geçer, böylece üzerinde yapılan iş şu şekilde verilir:

Dq şu şekilde akımla ilişkilidir:

Yani:

Ve güç, birim zaman başına iş olduğu için:

-V _AB > 0 ise elementin içinden geçen yükler potansiyel enerji kazanır. Eleman bir kaynaktan enerji sağlar. Bir pil olabilir.

Şekil 3. Bir pil tarafından sağlanan güç. Kaynak: F. Zapata.

-V _AB <0 ise, yükler potansiyel enerjiyi kaybeder. Eleman, bir direnç gibi enerjiyi dağıtır.

Şekil 4. Direnç, enerjiyi ısıya dönüştürür. Kaynak: F. Zapata.

Bir kaynak tarafından sağlanan gücün yalnızca voltaja değil, aynı zamanda akıma da bağlı olduğunu unutmayın. Bu, çok az 12V besledikleri göz önüne alındığında, araba akülerinin neden bu kadar büyük olduğunu açıklamak için önemlidir.

Olan şey, aracı çalıştırmak için gerekli gücü sağlamak için marş motorunun kısa bir süre için yüksek bir akıma ihtiyacı olmasıdır.

Watt Yasası ve Ohm Yasası

Devre elemanı bir direnç ise, Watt yasası ve Ohm yasası birleştirilebilir. İkincisi şunu belirtir:

Watt yasasında ikame etmek şunlara yol açar:

Gerilime ve dirence bağlı bir versiyon da elde edilebilir:

Dört büyüklük arasındaki olası kombinasyonlar: güç P, akım I, voltaj V ve direnç R, şekil 5'deki grafikte görülmektedir. Bir problemin sağladığı verilere göre, en uygun formüller seçilmiştir.

Örneğin, belirli bir problemde, kartın sol alt çeyreğinde bulunan R direncini bulmanızın istendiğini varsayalım.

Değeri bilinen miktarlara bağlı olarak, ilgili üç denklemden biri seçilir (yeşil). Örneğin, V ve benim bilindiğimizi varsayalım, o zaman:

Bunun yerine P ve I biliniyorsa ve direnç isteniyorsa, şunu kullanın:

Son olarak, P ve V bilindiğinde, direnç şu şekilde elde edilir:

Şekil 5. Watt yasası ve Ohm yasası için formüller. Kaynak: F. Zapata.

Uygulamalar

Eleman tarafından sağlanan veya tüketilen elektrik gücünü bulmak için elektrik devrelerinde Watt yasası uygulanabilir. Ampuller, Watt yasasını uygulamanın güzel örnekleridir.

örnek 1

Birinde birkaç aydınlatma elde etmek için özel bir ampul, dirençleri R _A = 48 ohm ve R _B = 144 ohm olan iki tungsten filamentine sahiptir . Şekilde gösterildiği gibi 1, 2 ve 3 ile gösterilen üç noktaya bağlanırlar.

Cihaz, terminal çiftlerini seçmek ve 120 V ağa bağlamak için anahtarlarla kontrol edilir.Elde edilebilecek tüm olası güçleri bulun.

Şekil 6. Çalışılan örnek için şema 1. Kaynak. D. Figueroa. Bilim ve Mühendislik için Fizik.

Çözüm

- 1 ve 2 numaralı terminaller bağlandığında, yalnızca direnç R _A etkin kalır. 120 V ve direnç değeri olan gerilime sahip olduğumuz için, bu değerler doğrudan denklemde ikame edilir:

- 2 ve 3 numaralı terminallerin bağlanması, direnç R _B etkinleştirilir , gücü:

- 1 ve 3 numaralı terminaller dirençlerin seri bağlanmasına izin verir. Eşdeğer direnç:

Böylece:

- Son olarak, kalan olasılık, d) diyagramında gösterildiği gibi dirençleri paralel olarak bağlamaktır. Bu durumda eşdeğer direnç:

Bu nedenle eşdeğer direnç R _eq = 36 ohm'dur. Bu değerle güç:

Örnek 2

Watt'ın yanı sıra, güç için yaygın olarak kullanılan bir diğer birim, kW olarak kısaltılan kilovattır (veya kilovattır). 1 kW, 1000 watt'a eşittir.

Evlere elektrik sağlayan şirketler, enerji değil tüketilen enerji üzerinden fatura kesiyor. Kullandıkları birim, watt adına sahip olmasına rağmen bir enerji birimi olan kilovat-saattir (kW-h).

a) Bir hane halkının belirli bir ayda 750 kWh tükettiğini varsayalım. O ayın elektrik faturası ne kadar olacak? Aşağıdaki tüketim planı takip edilir:

- Temel ücret: 14,00 $.

- Fiyat: Ayda 100 kWh'ye kadar 16 sent / kWh.

- Sonraki 200 kWh aylık 10 cent / kWh değerindedir.

- Ayda 300 kWh'nin üzerinde ise 6 sent / kWh ücretlendirilir.

b) Elektrik enerjisinin ortalama maliyetini bulun.

Çözüm

- Müşteri ayda 750 kW-saat tüketir, bu nedenle her aşamada belirtilen maliyetleri aşar. İlk 100 kWh için para değeri: 100 kWh x 16 sent / kWh = 1600 sent = 16,00 $

- Sonraki 200 kWh'nin maliyeti: 200 kWh x 10 sent / kWh = 2000 sent = 20,00 $.

- Bu 300 kW-s'nin üzerinde, müşteri toplam 750 kW-s için 450 kW-s daha fazla tüketir. Bu durumda maliyet: 450 kWh x 6 sent / kWh = 2.700 sent = 27.00 $.

- Son olarak, elde edilen tüm tutarlar artı taban oran, o aya ait fişin fiyatını elde etmek için eklenir:

Çözüm b

Ortalama maliyet: 77/750 kWh = 0,103 $ / kW-sa = 10,3 sent / kWh.

Referanslar

1. Alexander, C. 2006. Elektrik devrelerinin temelleri. 3 üncü. Baskı. McGraw Hill.
2. Berdahl, E. Elektroniğe Giriş. Kurtarıldı: ccrma.stanford.ed.
3. Boylestad, R. 2011. Devre analizine giriş. 13'ü. Baskı. Pearson.
4. Electrical Rebuilder's Association. Ohm Yasası ve Örneklerle Watt Yasası Hesaplayıcısı. Kurtarılan: electricrebuilders.org
5. Figueroa, D. (2005). Seri: Bilim ve Mühendislik için Fizik. Cilt 5. Elektrik. Douglas Figueroa (USB) tarafından düzenlendi.