UNDANG-UNDANG WATT: APA ITU, CONTOH, APLIKASI - FIZIKAL - 2026

The undang-undang Watt digunakan untuk litar elektrik dan membuktikan bahawa kuasa elektrik P dibekalkan oleh elemen litar, adalah berkadar terus dengan produk di antara V voltan bekalan litar dan saya arus yang mengalir melaluinya.

Tenaga elektrik adalah konsep yang sangat penting, kerana ia menunjukkan seberapa cepat elemen mengubah tenaga elektrik menjadi bentuk tenaga yang lain. Secara matematik, definisi undang-undang Watt yang diberikan dinyatakan seperti ini:

Rajah 1. Tenaga elektrik menunjukkan seberapa cepat tenaga elektrik diubah. Sumber: Pixabay

Dalam Sistem Antarabangsa Unit (SI), unit kuasa disebut watt dan disingkat W, untuk menghormati James Watt (1736-1819), jurutera Scotland pelopor revolusi industri. Oleh kerana kuasa adalah tenaga per unit masa, 1 W sama dengan 1 joule / saat.

Kita semua biasa dengan konsep kuasa elektrik dalam satu atau lain cara. Sebagai contoh, alat elektrik isi rumah yang biasa digunakan selalu mempunyai kuasa yang ditentukan, termasuk mentol, pembakar elektrik atau peti sejuk, antara lain.

Unsur undang-undang dan litar Watt

Undang-undang Watt berlaku untuk elemen litar dengan tingkah laku yang berbeza. Ia boleh menjadi bateri, perintang atau yang lain. Perbezaan potensi V _B - V _A = V _AB ditetapkan antara hujung elemen dan arus mengalir dari A ke B, seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut:

Rajah 2. Unsur litar di mana perbezaan potensi telah dibentuk. Sumber: F. Zapata.

Dalam waktu yang sangat singkat dt, sejumlah caj dq berlalu, sehingga kerja yang dilakukan di atasnya diberikan oleh:

Di mana dq berkaitan dengan arus seperti:

Jadi:

Dan kerana kuasa adalah kerja per unit masa:

-Jika V _AB > 0, cas yang melalui elemen memperoleh tenaga berpotensi. Unsur membekalkan tenaga dari beberapa sumber. Ia boleh menjadi bateri.

Rajah 3. Kuasa yang disediakan oleh bateri. Sumber: F. Zapata.

-Jika V _AB <0, cas akan kehilangan tenaga berpotensi. Unsur tersebut membuang tenaga, seperti perintang.

Rajah 4. Rintangan mengubah tenaga menjadi panas. Sumber: F. Zapata.

Perhatikan bahawa kuasa yang dibekalkan oleh sumber tidak bergantung sepenuhnya pada voltan, tetapi juga pada arus. Ini penting untuk menjelaskan mengapa bateri kereta begitu besar, memandangkan ia hampir tidak membekalkan 12V.

Apa yang berlaku ialah motor starter memerlukan arus yang tinggi, untuk waktu yang singkat, untuk memberikan kuasa yang diperlukan untuk memulakan kereta.

Hukum Watt dan Hukum Ohm

Sekiranya elemen litar adalah perintang, hukum Watt dan hukum Ohm dapat digabungkan. Yang terakhir menyatakan bahawa:

Yang dengan menggantikan dalam undang-undang Watt membawa kepada:

Versi bergantung pada voltan dan rintangan juga dapat diperoleh:

Kombinasi yang mungkin antara empat kuantiti: daya P, arus I, voltan V dan rintangan R muncul pada carta pada rajah 5. Menurut data yang diberikan oleh masalah, formula yang paling mudah dipilih.

Sebagai contoh, anggaplah bahawa dalam masalah tertentu anda diminta mencari rintangan R, yang berada di suku kiri bawah kad.

Bergantung pada kuantiti yang nilainya diketahui, salah satu daripada tiga persamaan yang berkaitan dipilih (berwarna hijau). Sebagai contoh andaikan bahawa V dan saya dikenali, maka:

Sekiranya sebaliknya P dan saya diketahui, dan rintangan diminta, gunakan:

Akhirnya, apabila P dan V diketahui, rintangan diperoleh dengan:

Rajah 5. Rumusan untuk undang-undang Watt dan undang-undang Ohm. Sumber: F. Zapata.

Permohonan

Undang-undang Watt dapat diterapkan dalam litar elektrik untuk mencari kuasa elektrik yang dibekalkan atau dimakan oleh unsur tersebut. Mentol adalah contoh yang baik dalam menerapkan undang-undang Watt.

Contoh 1

Mentol khas untuk memperoleh beberapa lampu dalam satu, mempunyai dua filamen tungsten, yang rintangannya adalah R _A = 48 ohm dan R _B = 144 ohm. Mereka dihubungkan ke tiga titik, dilambangkan 1, 2 dan 3, seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Peranti dikendalikan oleh suis untuk memilih pasangan terminal dan juga menyambungkannya ke rangkaian 120 V. Cari semua kekuatan yang mungkin dapat diperoleh.

Rajah 6. Skema untuk contoh kerja 1. Sumber. D. Figueroa. Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan.

Penyelesaian

- Apabila terminal 1 dan 2 disambungkan, hanya perintang R _{A yang} tetap diaktifkan. Oleh kerana kita mempunyai voltan, iaitu 120 V dan nilai rintangan, nilai-nilai ini secara langsung diganti dalam persamaan:

- Menghubungkan terminal 2 dan 3, perintang R _B diaktifkan , yang kuasanya:

- Terminal 1 dan 3 membolehkan perintang dihubungkan secara bersiri. Rintangan setara adalah:

Oleh itu:

- Akhirnya, kemungkinan yang tersisa adalah menghubungkan perintang secara selari, seperti yang ditunjukkan dalam rajah d). Rintangan yang setara dalam kes ini adalah:

Oleh itu rintangan setara adalah R _eq = 36 ohm. Dengan nilai ini, kekuatannya adalah:

Contoh 2

Selain watt, satu lagi unit daya yang banyak digunakan adalah kilowatt (atau kilowatt), disingkat kW. 1 kW bersamaan 1000 watt.

Syarikat yang membekalkan elektrik ke rumah menagih dari segi penggunaan tenaga, bukan tenaga. Unit yang mereka gunakan adalah kilowatt-hour (kW-h), yang walaupun memiliki nama watt, adalah unit tenaga.

a) Andaikan bahawa isi rumah menggunakan 750 kWh pada bulan tertentu. Berapakah jumlah bil elektrik untuk bulan itu? Pelan penggunaan berikut diikuti:

- Kadar asas: $ 14.00.

- Harga: 16 sen / kWh hingga 100 kWj sebulan.

- 200 kWh seterusnya sebulan bernilai 10 sen / kWh.

- Dan melebihi 300 kWh sebulan, dikenakan bayaran 6 sen / kWj.

b) Cari kos purata tenaga elektrik.

Penyelesaian untuk

- Pelanggan menggunakan 750 kW-h sebulan, oleh itu melebihi kos yang ditunjukkan dalam setiap peringkat. Untuk 100 kWh pertama nilai wang adalah: 100 kWh x 16 sen / kWh = 1600 sen = $ 16.00

- 200 kWh seterusnya mempunyai kos: 200 kWh x 10 sen / kWh = 2000 sen = $ 20.00.

- Di atas 300 kW-j ini, pelanggan menggunakan 450 kW-j lebih, dengan jumlah 750 kW-j. Kos dalam kes ini ialah: 450 kWh x 6 sen / kWh = 2.700 sen = $ 27.00.

- Akhirnya, semua jumlah yang diperoleh ditambah kadar dasar ditambahkan untuk mendapatkan harga resit untuk bulan itu:

Penyelesaian b

Kos purata ialah: $ 77/750 kWh = $ 0.103 / kW-h = 10.3 sen / kWh.

Rujukan

1. Alexander, C. 2006. Asas litar elektrik. Ke-3. Edisi. Bukit McGraw.
2. Berdahl, E. Pengenalan Elektronik. Dipulihkan dari: ccrma.stanford.ed.
3. Boylestad, R. 2011. Pengantar analisis litar. Ke-13. Edisi. Pearson.
4. Persatuan Pembina Elektrik. Kira Ohm's Law & Watt's Law dengan Contoh. Dipulihkan dari: electricalrebuilders.org
5. Figueroa, D. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 5. Elektrik. Disunting oleh Douglas Figueroa (USB).