Elektroniikan tutkimuksessa on monia lakeja ja teorioita. Näiden lakien avulla voimme ymmärtää sähköpiirien ja komponenttien toimintaa. Yksi tällainen laki on Wattin laki. Wattin laki on nimetty skotlantilaisen insinöörin ja kemistin James Wattin mukaan. Se määrittelee tehon, jännitteen ja virran välisen suhteen. Tämän lain mukaan virtapiirin teho on jännitteen ja virran tulo. Tässä artikkelissa käsittelemme Wattin lakia, sen kaavaa, sovelluksia ja muita siihen liittyviä käsitteitä.
Tärkeitä syötteitä Wattin lain määrittelyssä
Voidaksemme täysin ymmärtää Wattin lain, meidän on ensin keskusteltava sen määrittelyssä käytetyistä parametreista, jotka ovat:
Jännite
Jännite (V) on sähköisen virtapiirin kahden pisteen välinen sähköinen potentiaaliero. Mikä tahansa sähköinen potentiaaliero saa elektronit virtaamaan korkeamman potentiaalin pisteestä matalamman potentiaalin pisteeseen. Voltti on jännitteen (V) yksikkö.
Virta
Virta (I) on virtapiirin pisteen läpi kulkevan sähkövarauksen määrä tiettynä aikana. Sen yksikkö on ampeeri eli ”ampeeri” (A). Virta voi virrata vain, kun sähköpotentiaaliero on olemassa.
Vastus
Vastus (R) on virran virtauksen vastustus. Se on mitta sähkökomponentin kyvystä vastustaa sähkövirran kulkua. Mittayksikkö on ohmi (Ω).
Ohmin laki määrittää virran, resistanssin ja jännitteen välisen suhteen. Tämän lain mukaan johtimen läpi kulkeva virta on suoraan verrannollinen sen jännitteeseen eli I=V/R
Teho
Teho (P) on mitta, jolla mitataan, kuinka paljon työtä piiri voi tehdä tai komponentti voi kuluttaa aikayksikköä kohden. Yksinkertaisesti sanottuna se on aikayksikköä kohden siirretyn sähköenergian määrä. Tehon yksikkö on joulea sekunnissa (J/sek), joka tunnetaan myös nimellä watti (W).
Watin lain kaava
Watin lain kaava on: P=IV
Missä:
I = virta
P = teho
V = jännite
Väki kysyy usein; mitä eroa on Wattin lain ja Ohmin lain välillä? Kun Ohmin laki määrittelee piirin resistanssin, jännitteen ja virran välisen suhteen; Wattin laki määrittelee tehon, jännitteen ja virran välisen suhteen.
Voit kuitenkin yhdistää näitä lakeja ja saada hyödyllisiä kaavoja. Ohmin lain mukaan I=V/R ja V=IR. Kun nämä korvataan Wattin kaavaan, saadaan:
P=IxIR=I2R ja P=VxV/R=V2/R
Näistä kaavoista voidaan johtaa myös useita muita kaavoja.
Voit suorittaa useimmat Wattin kaavaan liittyvät laskut manuaalisesti. Voit kuitenkin käyttää myös verkossa olevaa Wattin lain laskinta.
Wattin lain sovelluksia
Seuraavassa on joitakin Wattin lain kaavan sovelluksia:
- Jos sinulla on virtalähde, voit käyttää tätä kaavaa laskeaksesi todellisen tehon, jonka lähde voi tuottaa. Voit myös käyttää sitä komponentin tehontarpeen laskemiseen. Kun annat lähteen virran ja jännitteen, sinun tarvitsee vain kertoa arvot.
- Voit laskea rakennuksen tehontarpeen käyttämällä Wattin kaavaa. Kun rakennuksen johdotusta suunnitellaan, on tarpeen arvioida sen kokonaistehontarve. Tämän tiedon avulla voit sitten määrittää rakennukseen sopivat johdinkoot. Voit myös arvioida sen sähkökustannukset. Rakennuksen tehontarve saadaan laskemalla jokaisen rakennukseen tulevan sähkölaitteen tai -komponentin yksittäinen teho ja laskemalla ne yhteen.
- Kun tiedät sähkökomponentin tehon ja jännitteen, voit laskea sen virran käyttäen Wattin kaavaa (I=P/V). Sama pätee myös jännitteeseen, kun tiedetään vain virta ja teho (V=P/I).
- Wattin lain ja Ohmin lain yhdistelmästä johdettuja kaavoja voidaan käyttää komponentin sähkövastuksen laskemiseen. Jos esimerkiksi huoneeseen on asennettu sähkölamppu, lampun sähkövastus voidaan laskea käyttämällä P=V2R eli R=P/V2.
Jos oletetaan, että kyseiseen huoneeseen syötetty jännite on x volttia ja lampun nimellisteho on y wattia, niin vastus, R=x/y2.