Все потребители электроэнергии один раз в месяц получают счет из электростанции за израсходованную ими электроэнергию. В квартиру приходит работник местной электростанции. и, посмотрев на показания счетчика, выписывает счет, в котором указывает за что мы платим.
Задумывались ли вы когда-нибудь за что именно мы платим? Если этот вопрос задать в классе, то, наверное, посыпались бы такие ответы:
«За электрический ток!»
«За свет!»
«За электричество!»
Все эти ответы очень неточные.
Да, несомненно лишь одно то, что электростанция подает в квартиры очень нужную вещь. Получаем её непрерывно, включая радиоприёмник, свет или утюг. Как же измеряется эта вещь, без которой трудно себе представить жизнь современного человека? Единицей измерения электрической энергии считается киловатт-час. В счете всегда указывается, сколько мы израсходовали киловатт-часов, стоимость 1 киловатт-часа и общая сумма.
Некоторые говорят, что счетчик «настучал» (или «выбил») столько-то киловатт. Хотелось бы, чтобы эту ошибку никто из вас после чтения нашей статьи не делал. Ведь счетчик показывает киловатт-часы, то есть количество израсходованной энергии. Киловатт — это единица мощности, эквивалентная лошадиным силам (одна лошадиная сила равна 0,736 киловатта, или, наоборот, 1 киловатт равен 1,36 л. с.).
Что же такое киловатт-час? Надо сказать, что это одно из труднейших понятий в электротехнике, поэтому к изучению этого понятия надо отнестись со всей серьезностью.
Когда мы зажигаем свет, включая электрическую лампочку, через нить накала лампочки проходит ток. Это понятно всем. Если мы откроем кран, из него сразу же польется вода. Это тоже понятно, так как насосы постоянно нагнетают её. Жители больших городов знают, что иногда бывает так, что на последних этажах высоких зданий вода еле течет, даже если открыть кран до предела. Причина заключается в слабом напоре, то есть давление воды в водопроводной сети недостаточное.
В данном случае между поступлением воды и электроэнергии есть какое-то сходство. Наша лампочка иногда, а особенно вечером, горит слабым красноватым светом. Можно сказать, что мало «электрическое давление». Понятия «электрическое давление» в технике не существует. Вместо «электрическое давление» мы будем говорить электрическое напряжение в электросети.
Сходство между явлениями, происходящими с водой в водопроводной сети и электроэнергией в электросети, этим не исчерпывается. Струя воды, например, тем сильнее, чем больше открыт кран (если не верите, подставьте под струю руку!).
Струю воды можно сравнить с другим очень важным понятием в электричестве — током или, вернее, силой тока. От давления воды в водопроводе зависит сила струи. Точно так же сила тока зависит от напряжения. Разумеется, в нашем сравнении остальные условия должны оставаться одни и те же, то есть мы должны постоянно иметь дело с одним и тем же водопроводом и одной и той же лампочкой.
В физике, а точнее в её разделе — электричестве — существует закон, по которому сила тока прямо пропорциональна напряжению, если остальные условия постоянны.
Что такое остальные условия?
Давайте будем постоянно придерживаться сравнения с водой. Полностью открытый кран создает определенные (самые лучшие) условия для вытекания воды. В этих условиях, если они не изменяются, сила струи воды будет зависеть лишь от давления в водопроводной сети. Но ведь струю мы можем уменьшить, закручивая постепенно кран. В таком случае давление в сети не изменилось бы. Что же изменилось? Изменились бы условия вытекания воды, то есть величина отверстия, по которому вытекала вода. Отверстие стало меньше, значит увеличатся препятствия на пути воды, вызванные сопротивлением, оказываемым в кране уменьшенным отверстием воде.
Электрический ток на своем пути тоже испытывает некоторое сопротивление, зависящее от величины (плоскости поперечного сечения) и длины провода, а также от качества материала, из которого сделан провод. Совершенно ясно, что чем длиннее провод, тем большее он создает сопротивление, и, наоборот, чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление. Сравнение с протоком воды через длинную и короткую, широкую и узкую трубы выяснит нам всё. А как представить себе влияние рода материала? Мы знаем, что медь хорошо проводит электричество, а железо значительно хуже. Давайте мысленно сравним медь с гладким трубопроводом. а железо — с шероховатым.
Вот мы с вами незаметно и приготовились к тому, чтобы сформулировать закон Ома. Итак, сила электрического тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Все физические величины: напряжение, сила тока, сопротивление имеют свои единицы измерения. Напряжение измеряется в вольтах, сила тока — в амперах, сопротивление — в омах.
1 ампер =1 вольт/1 ом
Определения этих единиц измерения вы, конечно, знаете из школьного курса физики и нет необходимости повторять их еще раз.
Последний раз вернемся к воде. Сейчас заставим её совершить некоторую работу. Пусть струя воды падает с высоты h на лопасти турбины. Какую работу выполняет турбина, каждый из вас знает. Чем больше струя воды, например, вода будет вытекать из двух труб, тем большую работу будет совершать турбина. А если вода будет падать на лопасти турбины с высоты, в два раза больше первоначальной? Турбина тогда проделает в два раза большую работу. Вывод один и напрашивается сам собой: работа турбины зависит от произведения высоты падения h воды и количества воды q. Чего еще не хватает в нашем выводе? Конечно времени. Чем дольше будет падать вода на лопасти турбины, тем больше работы совершит турбина. Итак, работа, совершенная водой, прямо пропорциональна высоте падения, количеству воды, падающему в секунду на лопасти турбины, и времени.
Проведем сравнение электрического тока с струей воды. Высота падения воды h соответствует давлению воды, следовательно, напряжению, измеряемому в вольтах. Количество воды, протекающей в одну секунду, это не что иное, как сила тока, измеряемая в амперах. Время измеряется в секундах и в первом и во втором случае.
Расчитаем киловатт час: работа, совершаемая током, равна произведению напряжения, силы тока и времени и называется ватт-секундой.
1 ватт-секунда = 1 вольт ∙ 1 ампер ∙ 1 секунду
1000 ватт = киловатту, а 3600 секунд = 1 часу.
Отсюда следует, что 36000000 ватт-секунд = 1 киловатт-часу (сокращенно 1 квт).
На этом, ребята, закончим наше знакомство с киловатт-часом. Мне хотелось бы, чтобы вы запомнили основное, что было сказано о киловатт-часе в этой статье.
А. Сорай