W nauce o elektronice istnieje wiele praw i teorii. Prawa te pozwalają nam zrozumieć działanie obwodów i komponentów elektrycznych. Jednym z takich praw jest prawo Watta. Prawo Watta zostało nazwane na cześć Jamesa Watta, szkockiego inżyniera i chemika. Określa ono związek pomiędzy mocą, napięciem i natężeniem prądu. Prawo to stwierdza, że moc w obwodzie jest iloczynem napięcia i natężenia prądu. W tym artykule omówimy prawo Watta, jego wzór, zastosowania i inne związane z nim pojęcia.
Ważne dane wejściowe w definicji prawa Watta
Aby w pełni zrozumieć prawo Watta, musimy najpierw omówić parametry użyte do jego zdefiniowania, którymi są:
Napięcie
Napięcie (V) to różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami w obwodzie elektrycznym. Każda różnica w potencjale elektrycznym powoduje przepływ elektronów z punktu o wyższym potencjale do punktu o niższym potencjale. Volt jest jednostką napięcia (V).
Prąd
Prąd (I) jest ilością ładunku elektrycznego przepływającego przez punkt w obwodzie w danym czasie. Jego jednostką jest amper, lub „ampery” (A). Prąd może płynąć tylko wtedy, gdy istnieje różnica potencjałów elektrycznych.
Opór
Opór (R) jest przeciwieństwem do przepływu prądu. Jest to miara zdolności elementu elektrycznego do przeciwstawienia się przepływowi prądu elektrycznego. Jednostką miary jest om (Ω).
Prawo Ohma określa związek między prądem, oporem i napięciem. Prawo to stwierdza, że prąd przepływający przez przewodnik jest wprost proporcjonalny do jego napięcia, tj. I=V/R
Moc
Moc (P) jest miarą ilości pracy, jaką może wykonać obwód lub komponent w jednostce czasu. Mówiąc prościej, jest to ilość energii elektrycznej przekazywanej w jednostce czasu. Jednostką mocy jest dżul na sekundę (J/s) znany również jako wat (W).
Wzór na prawo Watta
Wzór na prawo Watta to: P=IV
Gdzie:
I = prąd
P = moc
V = napięcie
Ludzie często pytają; jaka jest różnica między prawem Watta a prawem Ohma? Podczas gdy prawo Ohma określa związek między oporem, napięciem i prądem w obwodzie; prawo Watta określa związek między mocą, napięciem i prądem.
Jednakże można połączyć te prawa, aby uzyskać użyteczne wzory. Zgodnie z prawem Ohma, I=V/R i V=IR. Podstawiając je do wzoru Watta, otrzymujemy:
P=IxIR=I2R i P=VxV/R=V2/R
Wzory te można również wykorzystać do wyprowadzenia kilku innych wzorów.
Większość obliczeń z użyciem wzoru Watta można wykonać ręcznie. Można jednak również skorzystać z internetowego kalkulatora prawa Watta.
Zastosowania prawa Watta
Następujące zastosowania wzoru prawa Watta:
- Jeśli masz źródło energii, możesz użyć tego wzoru do obliczenia rzeczywistej mocy, jaką źródło może wygenerować. Można go również użyć do obliczenia zapotrzebowania na moc dla danego elementu. Biorąc pod uwagę prąd i napięcie źródła, wszystko co musisz zrobić to pomnożyć te wartości.
- Możesz obliczyć zapotrzebowanie na moc budynku używając wzoru Watta. Podczas projektowania okablowania budynku konieczne jest oszacowanie jego całkowitego zapotrzebowania na moc. Następnie można wykorzystać te informacje do określenia odpowiednich rozmiarów przewodów dla budynku. Można również oszacować koszty energii elektrycznej. Zapotrzebowanie na moc budynku uzyskuje się poprzez obliczenie indywidualnej mocy znamionowej każdego urządzenia elektrycznego lub komponentu, który budynek będzie posiadał i zsumowanie ich.
- Gdy znasz moc i napięcie komponentu elektrycznego, możesz obliczyć jego prąd, używając wzoru Watta (I=P/V). To samo dotyczy również napięcia, gdy znane są tylko prąd i moc (V=P/I).
- Wzory wyprowadzone z kombinacji prawa Watta i prawa Ohma mogą być użyte do obliczenia oporu elektrycznego elementu. Na przykład, jeśli mamy żarówkę elektryczną zainstalowaną w pokoju, opór elektryczny żarówki może być obliczony przy użyciu P=V2R tj. R=P/V2.
Zakładając, że napięcie dostarczane do tego pokoju wynosi x woltów, a żarówka ma moc znamionową y watów, wtedy opór, R=x/y2.